1、第三章 變壓器1第三章第三章 變壓器變壓器3.1 概述概述3.2 變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行3.3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器的負(fù)載運(yùn)行3.4 變壓器參數(shù)的試驗(yàn)測(cè)定變壓器參數(shù)的試驗(yàn)測(cè)定3.5 變壓器的運(yùn)行特性變壓器的運(yùn)行特性3.6 三相變壓器三相變壓器第三章 變壓器23.1 概述概述3.1.1 基本工作原理和分類基本工作原理和分類 變壓器是一種變壓器是一種靜止電器靜止電器，它通過線圈間的，它通過線圈間的電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)，將一種電壓等級(jí)的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等將一種電壓等級(jí)的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等級(jí)的交流電能。級(jí)的交流電能。一、基本工作原理一、基本工作原理 變壓器的主要

2、部件是變壓器的主要部件是鐵心鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)和套在鐵心上的兩個(gè)繞組繞組。接交流電源的線圈接交流電源的線圈 原繞組原繞組、原邊、初級(jí)或一次側(cè)原邊、初級(jí)或一次側(cè)接交流負(fù)載的線圈接交流負(fù)載的線圈 副繞組副繞組、副邊、次級(jí)或二次側(cè)副邊、次級(jí)或二次側(cè)第三章 變壓器3 在一次繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈一、二次繞組在一次繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈一、二次繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。的交變磁通，在兩繞組中分別感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。dtdNe 11dtdNe 22第三章 變壓器4二、分類二、分類 按用途分：電力和特種變壓器。按用途分：電力和特種變壓器。 按繞組數(shù)目分：?jiǎn)卫@組（自耦）、雙繞組、三繞組

3、和按繞組數(shù)目分：?jiǎn)卫@組（自耦）、雙繞組、三繞組和多繞組變壓器。多繞組變壓器。 按相數(shù)分：?jiǎn)蜗唷⑷嗪投嘞嘧儔浩鳌０聪鄶?shù)分：?jiǎn)蜗唷⑷嗪投嘞嘧儔浩鳌?按鐵心結(jié)構(gòu)分：按鐵心結(jié)構(gòu)分：心式心式和和殼式殼式變壓器。變壓器。 按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分：干式、油浸式和充氣式變按冷卻介質(zhì)和冷卻方式分：干式、油浸式和充氣式變壓器。壓器。 第三章 變壓器5鐵心繞組鐵心繞組心式變壓器心式變壓器殼式變壓器殼式變壓器第三章 變壓器63.1.2 變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu)一、鐵心一、鐵心 變壓器的主磁路。用表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。變壓器的主磁路。用表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。 變壓器的電路。用絕緣銅線或鋁線繞制而成。變壓

4、器的電路。用絕緣銅線或鋁線繞制而成。 二、繞組二、繞組三、油箱三、油箱 油浸式變壓器的器身浸在裝有變壓器油的油箱中。油浸式變壓器的器身浸在裝有變壓器油的油箱中。油是冷卻介質(zhì)，又是絕緣介質(zhì)。油是冷卻介質(zhì)，又是絕緣介質(zhì)。第三章 變壓器73.1.3 變壓器的額定值變壓器的額定值三者關(guān)系：三者關(guān)系：)(21kVUUNN和和額額定定電電壓壓指長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)所能承受的工作電壓指長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)所能承受的工作電壓)(kVASN額額定定容容量量指銘牌規(guī)定的額定使用條指銘牌規(guī)定的額定使用條件下所能輸出的件下所能輸出的視在功率。視在功率。)(21AIINN和和額額定定電電流流指在額定容量下，允許長(zhǎng)期通指在額定容量下，允許長(zhǎng)

5、期通過的電流。在三相變壓器中指過的電流。在三相變壓器中指的是的是線電流。線電流。1NU是指加在一次側(cè)的額定電壓是指加在一次側(cè)的額定電壓2NU是指一次側(cè)加是指一次側(cè)加 ，二次側(cè)的開路電壓，二次側(cè)的開路電壓1NU對(duì)三相變壓器指的是線電壓對(duì)三相變壓器指的是線電壓NNNNNIUIUS2211 單相：?jiǎn)蜗啵篘NNNNIUIUS221133 三相：三相：第三章 變壓器83.2 變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行3.2.1 空載運(yùn)行時(shí)的物理狀況空載運(yùn)行時(shí)的物理狀況1U1E1E20U0I)(2I1AXaxm 2E10RI1U0I100NIF1Em 11E2E第三章 變壓器91. 性質(zhì)上：性質(zhì)上： 與與 成非線性

6、關(guān)系；成非線性關(guān)系； 與與 成線性關(guān)系；成線性關(guān)系；m 0I0I1主磁通與漏磁通的區(qū)別主磁通與漏磁通的區(qū)別: :3.2.2 各電磁量參考方向的規(guī)定各電磁量參考方向的規(guī)定 原邊看作負(fù)載，遵循電動(dòng)機(jī)慣例；原邊看作負(fù)載，遵循電動(dòng)機(jī)慣例；2. 數(shù)量上：數(shù)量上： 占占99%以上，以上， 僅占僅占1%以下；以下；m 13. 作用上：作用上： 起傳遞能量的作用，起傳遞能量的作用， 起漏抗壓降作用。起漏抗壓降作用。m 1副邊看作電源，遵循發(fā)電機(jī)慣例。副邊看作電源，遵循發(fā)電機(jī)慣例。第三章 變壓器103.2.3 變壓器空載時(shí)的電磁關(guān)系變壓器空載時(shí)的電磁關(guān)系一、感應(yīng)電勢(shì)與磁通之間的關(guān)系一、感應(yīng)電勢(shì)與磁通之間的關(guān)系t

7、msin設(shè)設(shè)1. 原繞組的感應(yīng)電勢(shì)原繞組的感應(yīng)電勢(shì))90sin(cos01111tEtNdtdNemm 感應(yīng)電勢(shì)在相位上滯后主磁通感應(yīng)電勢(shì)在相位上滯后主磁通90。感應(yīng)電勢(shì)的大。感應(yīng)電勢(shì)的大小與電源頻率、繞組匝數(shù)及主磁通的最大值成正比。小與電源頻率、繞組匝數(shù)及主磁通的最大值成正比。第三章 變壓器11mmfNEE 11144.42有效值有效值mfNjE 1144.4相量式相量式2. 原繞組的漏感電勢(shì)原繞組的漏感電勢(shì)111111cossin(90 )mmdeNNtEtdt 1114.44mEfN 有效值有效值相量式相量式1114.44mEjfN 第三章 變壓器12漏電勢(shì)也可以用漏抗壓降來表示，即漏電

8、勢(shì)也可以用漏抗壓降來表示，即11001EjLIjI x 3. 副繞組的感應(yīng)電勢(shì)副繞組的感應(yīng)電勢(shì)瞬時(shí)值瞬時(shí)值)90sin(22 tEem 最大值最大值mmNE 22 有效值有效值mfNE 2244. 4相量式相量式mfNjE 2244. 4X1是與漏磁通相對(duì)應(yīng)的原繞組的漏電抗，是一個(gè)常數(shù)。是與漏磁通相對(duì)應(yīng)的原繞組的漏電抗，是一個(gè)常數(shù)。第三章 變壓器13二、二、電勢(shì)平衡方程式電勢(shì)平衡方程式1. 原繞組電勢(shì)平衡方程式原繞組電勢(shì)平衡方程式0111010110111IZExI jrIErIEEU 式中式中111jxrZ 原繞組的漏阻抗原繞組的漏阻抗忽略很小的漏阻抗壓降，并寫成有效值形式，有忽略很小的漏阻

9、抗壓降，并寫成有效值形式，有mfNEU 11144. 4111144. 444. 4fNUfNEm 則則 影響主磁通影響主磁通m大小的因素有電源電壓大小的因素有電源電壓U1、電源、電源頻率頻率f 和一次側(cè)線圈匝數(shù)和一次側(cè)線圈匝數(shù)N1。第三章 變壓器14三、變壓器的變壓比（變比）三、變壓器的變壓比（變比） 變壓器的原繞組電勢(shì)變壓器的原繞組電勢(shì)E1與副繞組電勢(shì)與副繞組電勢(shì)E2之比稱為變壓之比稱為變壓器的變壓比器的變壓比21212144. 444. 4NNfNfNEEkmm 空載時(shí)空載時(shí)2121UUEEk 2. 副繞組的電勢(shì)平衡方程式副繞組的電勢(shì)平衡方程式220EU 第三章 變壓器153.2.4 變

10、壓器空載時(shí)的等值電路和勵(lì)磁參數(shù)變壓器空載時(shí)的等值電路和勵(lì)磁參數(shù)求法求法： 變壓器空載運(yùn)行時(shí)，可將其看成是一個(gè)帶鐵心的電感變壓器空載運(yùn)行時(shí)，可將其看成是一個(gè)帶鐵心的電感線圈。線圈。等效阻抗等效阻抗11010101010ZZZIEIZIEIUZm 式中式中mmmjxrZIE 01Zm勵(lì)磁阻抗勵(lì)磁阻抗xm勵(lì)磁電抗勵(lì)磁電抗rm勵(lì)磁電阻勵(lì)磁電阻第三章 變壓器16 勵(lì)磁電抗勵(lì)磁電抗xm是對(duì)應(yīng)于主磁通的電抗，而勵(lì)磁電阻是對(duì)應(yīng)于主磁通的電抗，而勵(lì)磁電阻rm是是反映鐵心損耗的一個(gè)等效電阻。反映鐵心損耗的一個(gè)等效電阻。 Zm、xm、rm 三個(gè)量稱為變壓器的勵(lì)磁參數(shù)。三個(gè)量稱為變壓器的勵(lì)磁參數(shù)。0101IUIEZm

11、 20020IpIprFem 22mmmrZx 所以所以)(101001011ZZIZIZIZIEUmm 1r1xmrmx1U0I第三章 變壓器173.3.1 負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理狀況負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理狀況11r I11E 22r I22E1U1I2I2U111INF222INF010INFm 1E2E3.3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器的負(fù)載運(yùn)行第三章 變壓器183.3.2 變壓器負(fù)載時(shí)的磁勢(shì)平衡方程式變壓器負(fù)載時(shí)的磁勢(shì)平衡方程式 空載時(shí)空載時(shí), ,由一次磁動(dòng)勢(shì)由一次磁動(dòng)勢(shì) 產(chǎn)生主磁通產(chǎn)生主磁通 , ,負(fù)載時(shí)負(fù)載時(shí), ,產(chǎn)生產(chǎn)生 的磁動(dòng)勢(shì)為一、二次的合成磁動(dòng)勢(shì)的磁動(dòng)勢(shì)為一、二次的合成磁動(dòng)勢(shì) 。m m 2

12、1FF0F021FFF 或或012211INININ 用電流形式表示用電流形式表示)()(2021201kIIINNII 磁動(dòng)勢(shì)平衡方程磁動(dòng)勢(shì)平衡方程第三章 變壓器19變壓器的負(fù)載電流分成兩個(gè)分量，一個(gè)是勵(lì)磁電流變壓器的負(fù)載電流分成兩個(gè)分量，一個(gè)是勵(lì)磁電流 ，用來產(chǎn)生主磁通，另一個(gè)是負(fù)載分量用來產(chǎn)生主磁通，另一個(gè)是負(fù)載分量 ，用來抵消二次，用來抵消二次磁動(dòng)勢(shì)的作用。磁動(dòng)勢(shì)的作用。0I212INN 表明：表明：負(fù)載運(yùn)行時(shí)負(fù)載運(yùn)行時(shí), ,忽略空載電流有忽略空載電流有: :1221211NNkIIkII 或或表明，表明，一、二次電流比近似與匝數(shù)成反比。一、二次電流比近似與匝數(shù)成反比。第三章 變壓器2

13、03.3.3 變壓器負(fù)載時(shí)的電勢(shì)平衡方程式變壓器負(fù)載時(shí)的電勢(shì)平衡方程式111111111ZIExI jrIEU LZIU22 222222222ZIExI jrIEU 在忽略原、副繞組漏阻抗壓降的情況下，即為在忽略原、副繞組漏阻抗壓降的情況下，即為2121UUEEk 第三章 變壓器213.3.4 變壓器參數(shù)的折算變壓器參數(shù)的折算將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個(gè)繞組來等效，將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個(gè)繞組來等效，同時(shí)對(duì)該繞組的電磁量作相應(yīng)的變換，以同時(shí)對(duì)該繞組的電磁量作相應(yīng)的變換，以保持兩側(cè)的電磁保持兩側(cè)的電磁關(guān)系不變。關(guān)系不變。用一個(gè)等效的電路代替實(shí)際的變壓器。用一個(gè)等效的電路代替

14、實(shí)際的變壓器。1）保持二次側(cè)磁動(dòng)勢(shì)不變；保持二次側(cè)磁動(dòng)勢(shì)不變；折算：折算：目的：目的：折算原則：折算原則：2）保持二次側(cè)各功率或損耗不變。）保持二次側(cè)各功率或損耗不變。第三章 變壓器22122EkEE kII22 將二次側(cè)折算到一次側(cè)將二次側(cè)折算到一次側(cè)方法：方法：電流的折算：電流的折算：電勢(shì)和電壓的折算：電勢(shì)和電壓的折算：22kUU 阻抗的折算：阻抗的折算：222rkr 222xkx LLZkZ2 結(jié)論：結(jié)論：電流除以電流除以k電壓（勢(shì)）乘電壓（勢(shì)）乘k阻抗乘阻抗乘k2第三章 變壓器23折算后的方程式為：折算后的方程式為：111111111ZIExI jrIEU 120mIIII12EE 1

15、0() mmEZ IILZIU 22222222222ZIExI jrIEU 第三章 變壓器243.3.5 變壓器負(fù)載時(shí)的等值電路變壓器負(fù)載時(shí)的等值電路T 型等值電路：型等值電路：一、從物理概念上引出變壓器負(fù)載時(shí)的等值電路一、從物理概念上引出變壓器負(fù)載時(shí)的等值電路原邊輸入原邊輸入111cos IU原邊鐵耗原邊鐵耗2m mI r副邊銅耗副邊銅耗222rI原邊銅耗原邊銅耗121rI副邊電磁功率副邊電磁功率222cos IE副邊輸出功率副邊輸出功率222cos IU1r1x2r2xLZmrmx1I2ImI21EE 2U1U第三章 變壓器25簡(jiǎn)化等值電路簡(jiǎn)化等值電路其中其中sssssjxrZxxxrr

16、r 2121 分別為分別為短路電阻、短路短路電阻、短路電抗和短路阻抗。電抗和短路阻抗。srsxLZ1U2U 21II 二、變壓器等值電路的簡(jiǎn)化二、變壓器等值電路的簡(jiǎn)化第三章 變壓器263.4 變壓器參數(shù)的試驗(yàn)測(cè)定變壓器參數(shù)的試驗(yàn)測(cè)定3.4.1 空載試驗(yàn)空載試驗(yàn)一、目的一、目的：通過測(cè)量空載電流和一、二次側(cè)電壓及空載功通過測(cè)量空載電流和一、二次側(cè)電壓及空載功率來計(jì)算變比、鐵耗和勵(lì)磁阻抗。率來計(jì)算變比、鐵耗和勵(lì)磁阻抗。二、接線圖二、接線圖三、要求及分析三、要求及分析1）低壓側(cè)加電壓，高壓側(cè)開路；低壓側(cè)加電壓，高壓側(cè)開路；WAVV*2）電壓）電壓U1在在1.2UN 范圍內(nèi)單范圍內(nèi)單方向調(diào)節(jié)，測(cè)出方向

17、調(diào)節(jié)，測(cè)出U20，I0和和P0；3）忽略）忽略 和和 ，即，即FepP 01r1x第三章 變壓器271）空載電流和空載功率必須是額定電壓時(shí)的值，并以此求空載電流和空載功率必須是額定電壓時(shí)的值，并以此求取勵(lì)磁參數(shù)；取勵(lì)磁參數(shù)；2）若要得到高壓側(cè)參數(shù)，須折算；若要得到高壓側(cè)參數(shù)，須折算；3）對(duì)三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值。對(duì)三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值。120UUK 01IUZm 四、四、求出參數(shù)求出參數(shù)200IPrm 22mmmrZx 第三章 變壓器283.4.2 短路試驗(yàn)短路試驗(yàn)一、目的一、目的：通過測(cè)量短路電流、短路電壓及短路功率來計(jì)算變通過測(cè)量短路電流、

18、短路電壓及短路功率來計(jì)算變壓器的銅損和短路阻抗。壓器的銅損和短路阻抗。二、接線圖二、接線圖三、要求及分析三、要求及分析1）高壓側(cè)加電壓，低壓側(cè)短路；高壓側(cè)加電壓，低壓側(cè)短路；WAV*3）記錄實(shí)驗(yàn)室的室溫；記錄實(shí)驗(yàn)室的室溫；2）通過調(diào)節(jié)電壓，讓電流）通過調(diào)節(jié)電壓，讓電流Is 在在0 1.3IN 范圍內(nèi)變化，測(cè)出對(duì)范圍內(nèi)變化，測(cè)出對(duì)應(yīng)的應(yīng)的Us、Is 和和 Ps ；第三章 變壓器29四、參數(shù)計(jì)算四、參數(shù)計(jì)算sssIUZ srrr2121 1）溫度折算：電阻應(yīng)換算到基準(zhǔn)工作溫度時(shí)的數(shù)值；溫度折算：電阻應(yīng)換算到基準(zhǔn)工作溫度時(shí)的數(shù)值；3）對(duì)三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值。對(duì)三相變壓器，各

19、公式中的電壓、電流和功率均為相值。2）若要得到低壓側(cè)參數(shù)，須折算；若要得到低壓側(cè)參數(shù)，須折算；4）忽略鐵損，認(rèn)為忽略鐵損，認(rèn)為 。CusPP 2ssSIPr 22sssrZx sxxx2121 第三章 變壓器303.6 變壓器的運(yùn)行特性變壓器的運(yùn)行特性3.6.1 電壓變化率和外特性電壓變化率和外特性 電壓變化率的大小電壓變化率的大小反映了變壓器輸出電壓的穩(wěn)定性。反映了變壓器輸出電壓的穩(wěn)定性。2022222%100%100%NNNUUUUUUU 一、電壓變化率（電壓調(diào)整率）一、電壓變化率（電壓調(diào)整率）%100)sincos(%12121 NsNsNUxIrIU NNIIII2211 稱為變壓器的

20、稱為變壓器的負(fù)載系數(shù)負(fù)載系數(shù)式中式中第三章 變壓器31二、外特性二、外特性)(22IfU 是指原邊電壓為額定電壓，負(fù)載功率因數(shù)是指原邊電壓為額定電壓，負(fù)載功率因數(shù) 一一定時(shí)，副邊端電壓定時(shí)，副邊端電壓U2 隨副邊負(fù)載電流隨副邊負(fù)載電流I2變化的規(guī)律，即變化的規(guī)律，即2cos2UNU202INI21cos2 滯后滯后8 . 0cos2 超前超前8 . 0)cos(2 第三章 變壓器323.6.2 變壓器的效率特性變壓器的效率特性一、變壓器的損耗一、變壓器的損耗主要是鐵損耗和銅損耗兩種。主要是鐵損耗和銅損耗兩種。二、效率及效率特性二、效率及效率特性效率是指變壓器的輸出功率與輸入功率的比值。效率是指

21、變壓器的輸出功率與輸入功率的比值。即即%10012 PP 第三章 變壓器33sNsCuFeCuFeppSppppPppPp2022021cos111 0PpFe 其中其中SSNCuPPIIp2222)( 22cosNPS 第三章 變壓器34變壓器效率的大小與負(fù)載的大小、功率因數(shù)及變壓變壓器效率的大小與負(fù)載的大小、功率因數(shù)及變壓器本身參數(shù)有關(guān)。器本身參數(shù)有關(guān)。效率特性：效率特性：在功率因數(shù)一定時(shí)，在功率因數(shù)一定時(shí)，變壓器的效率與負(fù)載電流之間的變壓器的效率與負(fù)載電流之間的關(guān)系關(guān)系=f ()，稱為變壓器的效率，稱為變壓器的效率特性。特性。0max第三章 變壓器35 即即當(dāng)銅損耗等于鐵損耗（可變損耗等

22、于不變損耗）時(shí)，變當(dāng)銅損耗等于鐵損耗（可變損耗等于不變損耗）時(shí)，變壓器效率最大。壓器效率最大。02PPSm 或或SmPP0 %100)2cos21(020max PSPNm 令令 ，則有變壓器產(chǎn)生最大效率的條件：，則有變壓器產(chǎn)生最大效率的條件：0dd第三章 變壓器363.7 三相變壓器三相變壓器3.7.1 三相變壓器的磁路系統(tǒng)三相變壓器的磁路系統(tǒng)一、組式磁路變壓器一、組式磁路變壓器二、心式磁路變壓器二、心式磁路變壓器特點(diǎn)：三相磁路彼特點(diǎn)：三相磁路彼此無關(guān)聯(lián)。此無關(guān)聯(lián)。特點(diǎn)：三相磁路彼此特點(diǎn)：三相磁路彼此有關(guān)聯(lián)。有關(guān)聯(lián)。CZmC BYmB AXmA AXaxBYbyCZczmA mB mC 第三

23、章 變壓器373.7.2 三相變壓器的聯(lián)接組別三相變壓器的聯(lián)接組別一、原、副繞組中電壓的相位關(guān)系一、原、副繞組中電壓的相位關(guān)系1. 同名端：同一個(gè)磁通下，原、副繞組感應(yīng)電勢(shì)的同極性端同名端：同一個(gè)磁通下，原、副繞組感應(yīng)電勢(shì)的同極性端2. 電壓相位關(guān)系電壓相位關(guān)系（）如取同名端為首端，原、副繞組電壓同相；（）如取同名端為首端，原、副繞組電壓同相；（）如取異名端為首端，原、副繞組電壓反相。（）如取異名端為首端，原、副繞組電壓反相。第三章 變壓器383. 原、副繞組相位時(shí)鐘表示法原、副繞組相位時(shí)鐘表示法 把相量圖中的高壓繞組電壓看作為時(shí)鐘的長(zhǎng)針，永把相量圖中的高壓繞組電壓看作為時(shí)鐘的長(zhǎng)針，永遠(yuǎn)指向鐘

24、面上的遠(yuǎn)指向鐘面上的12點(diǎn)。低壓繞組電壓看作為時(shí)鐘的短針，點(diǎn)。低壓繞組電壓看作為時(shí)鐘的短針，它指向鐘面上的哪個(gè)鐘點(diǎn)，該鐘點(diǎn)的數(shù)字就是變壓器聯(lián)它指向鐘面上的哪個(gè)鐘點(diǎn)，該鐘點(diǎn)的數(shù)字就是變壓器聯(lián)接組別的標(biāo)號(hào)。接組別的標(biāo)號(hào)。第三章 變壓器39二、三相繞組的聯(lián)接方式及其相量圖二、三相繞組的聯(lián)接方式及其相量圖1.星形接法星形接法注意：畫相量圖時(shí)，相序必須為注意：畫相量圖時(shí)，相序必須為A-B-CAUBUCUABUABCABUBCUCAUAUBUCUABCXYZ第三章 變壓器402. 三角形接法三角形接法（）順三角形接法：（）順三角形接法： A-Y B-Z C-XAUBUCUBABUU AYXCZ BABUBCUCAUAUBUCUABCXYZ第三章 變壓器41ABUBCUCAUAUBUCUABCXYZAUBUCUAABUU AZYC