1、5.1 5.1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構5.2 5.2 單相變壓器的空載運行單相變壓器的空載運行 5.3 5.3 單相變壓器的負載運行單相變壓器的負載運行5.4 5.4 變壓器的參數測定變壓器的參數測定5.5 5.5 標么值標么值5.6 5.6 變壓器的運行特性變壓器的運行特性5.7 5.7 三相變壓器三相變壓器5.8 5.8 變壓器的并聯特性變壓器的并聯特性 變壓器是一種靜止電器變壓器是一種靜止電器,它通過線圈間的電磁感應它通過線圈間的電磁感應,將將一種電壓等級的交流電能轉換成同頻率的另一種電壓等一種電壓等級的交流電能轉換成同頻率的另一種電壓等級的交流電能級的交流

2、電能.第五章第五章 變壓器變壓器了解變壓器的用途、分類了解變壓器的用途、分類了解變壓器的主要結構了解變壓器的主要結構掌握變壓器的基本工作原理掌握變壓器的基本工作原理掌握變壓器的額定參數掌握變壓器的額定參數教學要求教學要求一、基本工作原理一、基本工作原理 變壓器的主要部件是鐵心和套在鐵心上的兩個繞變壓器的主要部件是鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯系。在一次繞組中加組。兩繞組只有磁耦合沒電聯系。在一次繞組中加上交變電壓，產生交鏈一、二次繞組的交變磁通，上交變電壓，產生交鏈一、二次繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應電動勢。在兩繞組中分別感應電動勢。1u1e2e2u1i2iAXaxL

3、Z 只要一、只要一、二次繞組的匝二次繞組的匝數不同，就能數不同，就能達到改變壓的達到改變壓的目的。目的。5.1 5.1 概述概述1.三相變壓器組：三相變壓器組：一種由三個單相變壓器的鐵心組成。特點：三相磁路彼此無關 2.2.三鐵心柱變壓器三鐵心柱變壓器特點：磁路有關系，一相磁路以另外兩相磁路作為閉合磁路。5.1 5.1 概述概述二、分類二、分類 按用途分：電力變壓器和特種變壓器。按用途分：電力變壓器和特種變壓器。 按繞組數目分：單繞組（自耦）變壓器、雙按繞組數目分：單繞組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。 按相數分：單相變壓器、三

4、相變壓器和多相按相數分：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。變壓器。 ：它是變壓器用作導磁的磁它是變壓器用作導磁的磁路，也是器身的機械骨架，由鐵路，也是器身的機械骨架，由鐵心柱、鐵軛和夾緊裝置組成。為心柱、鐵軛和夾緊裝置組成。為了減小鐵心中的磁滯和渦流損耗，了減小鐵心中的磁滯和渦流損耗，鐵心用鐵心用0.350.350.5mm0.5mm厚的硅鋼片厚的硅鋼片疊成，從而減小變壓器的勵磁電疊成，從而減小變壓器的勵磁電流。流。5.1.2 基本結構 鐵心制造工藝簡單，制造工時短，降鐵心制造工藝簡單，制造工時短，降低了制造成本變壓器制造廠具有成熟的疊低了制造成本變壓器制造廠具有成熟的疊鐵心工藝，成熟的質量控

5、制管理體系不需鐵心工藝，成熟的質量控制管理體系不需要卷制鐵心和線圈的專用設備，降低了要卷制鐵心和線圈的專用設備，降低了產產品的制造成本品的制造成本. . 變壓器的電路，一般用絕緣銅線或鋁線繞制而成。變壓器的電路，一般用絕緣銅線或鋁線繞制而成。 油浸式變壓器的器身浸在變壓器油的油箱中。油浸式變壓器的器身浸在變壓器油的油箱中。油是冷卻介質，又是絕緣介質。油箱側壁有冷卻油是冷卻介質，又是絕緣介質。油箱側壁有冷卻用的管子（散熱器或冷卻器）。用的管子（散熱器或冷卻器）。 將線圈的高、低壓引線引到箱外，是引線對地將線圈的高、低壓引線引到箱外，是引線對地的絕緣，擔負著固定的作用。的絕緣，擔負著固定的作用。二

6、、繞組三、油箱四、絕緣套管此外，還有儲油柜、吸濕器、安全氣道、凈油此外，還有儲油柜、吸濕器、安全氣道、凈油器和氣體繼電器器和氣體繼電器。5.1 5.1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構5.1.3 5.1.3 型號與額定值型號與額定值一、型號一、型號 型號表示一臺變壓器的結構、額定容量、電壓等級、型號表示一臺變壓器的結構、額定容量、電壓等級、冷卻方式等內容，表示方法為冷卻方式等內容，表示方法為如如S9-1000/10表明三相銅線變壓器，額定容量表明三相銅線變壓器，額定容量1 1000kVA000kVA，高壓額定電壓，高壓額定電壓1 10kV0kV電力變壓器電力變壓器。SL9-

7、1000/10二、額定值三者關系三者關系：11221122:33NN NNNNN NNNSU IU ISU IU I單 相三 相此外，額定值還有額定頻率、效率、溫升等。此外，額定值還有額定頻率、效率、溫升等。)kV(UUNN21和額定電壓指長期運行時所能承受的工作電壓指長期運行時所能承受的工作電壓1N21NU,U ,.NU是指加在一次側的額定電壓是指一次側加二次的開路電壓對三相變壓器指的是線電壓)kVA(SN額定容量指銘牌規定的額指銘牌規定的額定使用條件下所定使用條件下所能輸出的視在功能輸出的視在功率。率。)A(IINN21和額定電流指在額定容量下，允許長指在額定容量下，允許長期通過的額定電流

8、。在三期通過的額定電流。在三相變壓器中指的是線電流相變壓器中指的是線電流高壓分接頭高壓分接頭變壓器的高壓側一般都引幾個分接頭與分變壓器的高壓側一般都引幾個分接頭與分接開關相連，調節分接開關，可以改變高接開關相連，調節分接開關，可以改變高壓繞組的匝數，即改變變壓器實際的匝數壓繞組的匝數，即改變變壓器實際的匝數比，從而使電壓波動時，二次側輸出電壓比，從而使電壓波動時，二次側輸出電壓仍然是穩定的仍然是穩定的5.2 5.2 單相變壓器的空載運行幻燈片單相變壓器的空載運行幻燈片5.2.1 5.2.1 電磁關系電磁關系一、空載運行時的物理情況一、空載運行時的物理情況1U1E1sE20U0I)(2I1sAX

9、axm2E10RI1U0I100NIF1sEm1s1E2E-+-1U1E1sE20U0I)(2I1sAXaxm2E-+-一、空載運行時的物理情況一、空載運行時的物理情況0I0I1s1）性質上：）性質上： 與與 成非線性關系；成非線性關系； 與與 成成線性關系；線性關系；主磁通與漏磁通的區別主磁通與漏磁通的區別1s2）數量上：）數量上： 占占99%以上，以上， 僅占僅占1%以下；以下；1 s3 3）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。1U1E1sE20U0I)(2I1sAXaxm2E-+-二、各電磁量參考方向的規定一次側遵循電動機慣例，二次側

10、遵循發電機一次側遵循電動機慣例，二次側遵循發電機慣例。慣例。強調強調：磁通與產生它的電流之間符合右手磁通與產生它的電流之間符合右手螺旋定則；電動勢與感應它的磁通之間符螺旋定則；電動勢與感應它的磁通之間符合右手螺旋定則。合右手螺旋定則。1U1E1sE20U0I)(2I1sAXaxm2E-+-電磁量規定正方向慣例總結電磁量規定正方向慣例總結1U&1I&m&1I&2I1E&2E&m&2sE1sE1s2s2I2U&三、感應電動勢分析三、感應電動勢分析1 1、主磁通感應的電動勢主磁通感應的電動勢主電動勢主電動勢sinmt設0011112si

11、n(90 )sin(90 )mmdeNfNtEtdt則114.44mEfN有效值有效值mfNjE1144. 4相量相量 可見，當主磁通按正弦規律變化時，所產生可見，當主磁通按正弦規律變化時，所產生的一次主電動勢也按正弦規律變化，時間相位上的一次主電動勢也按正弦規律變化，時間相位上滯后主磁通滯后主磁通 。主電動勢的大小與電源頻率、。主電動勢的大小與電源頻率、繞組匝數及主磁通的最大值成正比。繞組匝數及主磁通的最大值成正比。090主磁通感應的電動勢主磁通感應的電動勢二次主電動勢二次主電動勢sinmt設0022222sin(90 )sin(90 )mmdeNfNtEtdt則224.44mEfN有效值有

12、效值224.44mEjfN相量相量同理，二次主電動勢也有同樣的結論。同理，二次主電動勢也有同樣的結論。202 2、漏磁通感應的電動勢漏磁通感應的電動勢漏電動勢漏電動勢漏電動勢也可以用漏抗壓降來表示，即漏電動勢也可以用漏抗壓降來表示，即根據主電動勢的分析方法，同樣有根據主電動勢的分析方法，同樣有001111112sin(90 )sin(90 )sssmsdeNfNtEtdt 1111114.4422mssssENEjjfN 相量相量11011 01 002sssNIEjj L IjXII11102ssNLI稱為一次繞稱為一次繞組漏電感組漏電感由于漏磁通主要經過非鐵磁路徑由于漏磁通主要經過非鐵磁路

13、徑,磁路不飽磁路不飽和和,故磁阻很大且為常數故磁阻很大且為常數,所以漏電抗所以漏電抗 很很小且為常數小且為常數,它不隨電源電壓負載情況而變它不隨電源電壓負載情況而變.1X一次繞組漏電抗還可以寫成一次繞組漏電抗還可以寫成2111011111100( 2)22ssssNNI NXLNII式中：式中： 為漏磁路的磁導為漏磁路的磁導1s1U1E1sE20U0I)(2I1sAXaxm2E四、四、 空載時的電空載時的電壓壓方程方程1 1、電動勢平衡平衡方程、電動勢平衡平衡方程（1 1）一次側電動勢平衡方程一次側電動勢平衡方程11101sEEUI R 11101sUEEI R mfNEU11144. 4忽略

14、很小的漏阻抗壓降，忽略很小的漏阻抗壓降，1111444444fN.UfN.Em則則可見，影響主磁通可見，影響主磁通 大小的因素有電源電大小的因素有電源電壓壓 、電源頻率、電源頻率 和一次側線圈匝數和一次側線圈匝數 。m1U1f1N寫成有效值形式，有寫成有效值形式，有11UE （2 2）二次側電動勢平衡方程二次側電動勢平衡方程220EU2 2、變比、變比定義定義NNUUUUNNEEk212012121對三相變壓器，變比為一、二次側的相電動勢對三相變壓器，變比為一、二次側的相電動勢之比，近似為額定相電壓之比，具體為之比，近似為額定相電壓之比，具體為Y，d接線接線NNUUk213NNUUk213D，

15、y接線接線五、五、 空載電流和空載損耗空載電流和空載損耗1、空載電流、空載電流（1 1）作用與組成作用與組成0I0rI0aI空載電流空載電流 包含兩個分量，包含兩個分量，一個是勵磁分量，作用是一個是勵磁分量，作用是建立磁場，產生主磁通建立磁場，產生主磁通無功分量無功分量 ；rI00I另一個是鐵損耗分量，作另一個是鐵損耗分量，作用是供變壓器鐵心損耗用是供變壓器鐵心損耗有功分量有功分量 。aI01Um1E0I0rI0aI1E0I1U2 2、性質和大小、性質和大小性質：由于空載電流的無功分量遠性質：由于空載電流的無功分量遠大于有功分量，所以空載電流主要大于有功分量，所以空載電流主要是感性無功性質是感

16、性無功性質也稱勵磁電流也稱勵磁電流 產生主磁通所需要的電流產生主磁通所需要的電流3 3、波形波形由于磁路飽和，空載電流由于磁路飽和，空載電流 與由它產生的主磁與由它產生的主磁通通 呈非線性關系。呈非線性關系。0i當磁通按正弦規律變化時，空載電流呈尖頂波形。當磁通按正弦規律變化時，空載電流呈尖頂波形。0i0I0I1sm1U1E1sE0I1U1sE1Em1jX1R1U0I1R1jX1E1sEmRmjX六、空載時的等效電路和相量圖六、空載時的等效電路和相量圖1110110101sUEEI REI RjI X 1 1、等效電路、等效電路m101sEjI X 基于基于 表示法，表示法， 感感應的應的 也

17、用電抗壓降表示，也用電抗壓降表示，1E0rI0aI1001rEjIB1001aEIG000100()()arIIIEGjB 1001rEjIB1001aEIG00010000000000000022222200000000()()()()()()()()()mmIGjBEIGjBGjBGjBGjBGBIIjIGBGBGBI RjI X000100()()arIIIEGjB mmmZIjXRIE001)(一次側的電動勢平衡方程為一次側的電動勢平衡方程為01101011)()(IjXRIjXRZIEUmm空載時等效電路為空載時等效電路為mRmX1X1R-+1EmmmZXR,勵磁電阻、勵磁電抗、勵磁

18、勵磁電阻、勵磁電抗、勵磁阻抗。由于磁路具有飽阻抗。由于磁路具有飽和特性，所以和特性，所以 不是常數，不是常數，隨磁路飽和程度增大而減小。隨磁路飽和程度增大而減小。mmmjXRZZm=Rm+jXm它是表征鐵心磁化性能和鐵心它是表征鐵心磁化性能和鐵心損耗的一個綜合參數；損耗的一個綜合參數；mR20mFeI Rp1X1UmXmX11,XXRRmm由于由于 ，所以有時，所以有時忽略漏阻抗，空載等效電路只是一個忽略漏阻抗，空載等效電路只是一個 元件的電路。在元件的電路。在 一定的情況下，一定的情況下， 大大小取決于小取決于 的大小。從運行角度講，希的大小。從運行角度講，希望望 越小越好，所以變壓器常采用

19、高越小越好，所以變壓器常采用高導磁材料，增大導磁材料，增大 ，減小，減小 ，提高，提高運行效率和功率因數。運行效率和功率因數。 mZmZ0I0ImZ1U0ImRmX1X1R-+1E2 2、相量圖、相量圖根據前面所學的方程，可作出變壓器空載時根據前面所學的方程，可作出變壓器空載時的相量圖：的相量圖：（1 1）以）以 為參考相量為參考相量mmarIII000aI0rI00I1E（3 3） 滯后滯后 090m21, EE1001,XI jIR（4 4）1E1E2E10XI j01IR1U（5 5）1U（2 2） 與與 同相，同相， 超前超前 ，m090aI0rI0m5.2 5.2 單相變壓器的空載運

20、行單相變壓器的空載運行小結小結（1 1）一次側主電動勢與漏阻抗壓降總是與外施電壓平）一次側主電動勢與漏阻抗壓降總是與外施電壓平衡衡, ,若忽略漏阻抗壓降，則一次主電勢的大小由外施電若忽略漏阻抗壓降，則一次主電勢的大小由外施電壓決定壓決定. .（2 2）主磁通大小由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝）主磁通大小由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝數決定，與磁路所用的材質及幾何尺寸基本無關數決定，與磁路所用的材質及幾何尺寸基本無關。（3 3）空載電流大小與主磁通、線圈匝數及磁路的磁阻）空載電流大小與主磁通、線圈匝數及磁路的磁阻有關，鐵心所用材料的導磁性能越好，空載電流越小。有關，鐵心所用材料的導磁性能越好

21、，空載電流越小。（4 4）電抗是交變磁通所感應的電動勢與產生該磁通的）電抗是交變磁通所感應的電動勢與產生該磁通的電流的比值，線性磁路中，電抗為常數，非線性電路電流的比值，線性磁路中，電抗為常數，非線性電路中，電抗的大小隨磁路的飽和而減小。中，電抗的大小隨磁路的飽和而減小。1U1E1sE2U1I2I1sAXaxm2E2sE2s5.3 5.3 單相變壓器的負載運行幻燈片單相變壓器的負載運行幻燈片 6565變壓器一次側接在額定頻率、額定電壓的交變壓器一次側接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次接上負載的運行狀態，稱為流電源上，二次接上負載的運行狀態，稱為負載運行。負載運行。5.3.1 5.3.1

22、負載運行時的電磁關系負載運行時的電磁關系11IR1s1sE22IR2s2sE1U1I2I2U111INF222INF010INF01E1E5.3.2 5.3.2 基本方程基本方程一、磁動勢平衡方程一、磁動勢平衡方程變壓器負載運行時，一次、二次繞組都有變壓器負載運行時，一次、二次繞組都有電流流過，都要產生磁通勢。電流流過，都要產生磁通勢。按照安培環路定律，負載時，鐵芯中的主磁通按照安培環路定律，負載時，鐵芯中的主磁通是由這兩個磁通勢共同產生的。是由這兩個磁通勢共同產生的。按照規定的正方向，負載時各磁通勢相按照規定的正方向，負載時各磁通勢相量和為量和為021FFF021FFF式中：式中：為一次繞組

23、磁通勢，為一次繞組磁通勢，1F11 1FN I為一次繞組磁通勢，為一次繞組磁通勢，2F222FN I0F為產生主磁通的一次、二次繞組合為產生主磁通的一次、二次繞組合成磁通勢，即負載時的勵磁磁通勢成磁通勢，即負載時的勵磁磁通勢0F的數值取決于鐵芯中主磁通的數值取決于鐵芯中主磁通 的數值的數值m1U1E1sE2U1I2I1sAXaxm2E2sE2s11111UEI ZE 負載時，電壓平衡方程式負載時，電壓平衡方程式mfNEU11144. 41U1E1sE2U1I2I1sAXaxm2E2sE2s空載時空載時,由一次磁動勢由一次磁動勢 產生主磁通產生主磁通 ,負載負載時時,產生產生 的磁動勢為一、二次

24、的合成磁動的磁動勢為一、二次的合成磁動勢勢 。由于。由于 的大小取決于的大小取決于 ，只要，只要 保持不變，由空載到負載，保持不變，由空載到負載， 基本不變，基本不變，mm21FFm1U1Um0F則負載時的合成勵磁磁通則負載時的合成勵磁磁通勢勢01 0FN I1U1E1sE2U1I2I1sAXaxm2E2sE2s1 12 21 0NIN INI102FFF將上式寫成將上式寫成1 11 02 2NININI1U1E1sE2U1I2I1sAXaxm2E2sE2s表明表明:一次繞組磁通勢由兩個分量組成：一次繞組磁通勢由兩個分量組成：,一個是勵磁磁通勢一個是勵磁磁通勢 ,用來產生用來產生主磁通主磁通,

25、從空載到負載它的數值變化不大，從空載到負載它的數值變化不大，另一個是負載分量另一個是負載分量 ,用來平用來平衡二次磁動勢的作用。衡二次磁動勢的作用。01 0FN I222FN I 1U1E1sE2U1I2I1sAXaxm2E2sE2s1 11 02 2NININI用電流形式表示用電流形式表示LIIkIIINNII102021201)()(222FN I 負載分量的大小與二次繞組磁負載分量的大小與二次繞組磁通勢的大小一樣，而方向相反通勢的大小一樣，而方向相反2F1U1E1sE2U1I2I1sAXaxm2E2sE2sLIIkIIINNII102021201)()(表明表明:變壓器的負載電流分成兩個

26、分量變壓器的負載電流分成兩個分量,一個是勵一個是勵磁電流磁電流 ,用來產生主磁通用來產生主磁通,另一個是負載分另一個是負載分量量 ,用來抵消二次磁動勢的作用。用來抵消二次磁動勢的作用。電磁關系將一、二次聯系起來電磁關系將一、二次聯系起來,二次電流增加或減二次電流增加或減少必然引起一次電流的增加或減少少必然引起一次電流的增加或減少.0IkIIL/211U1E1sE2U1I2I1sAXaxm2E2sE2s負載運行時負載運行時,忽略空載電流有忽略空載電流有:1221211NNkIIkII或表明，一、二次電流比近似與匝數成反比。表明，一、二次電流比近似與匝數成反比。可見，匝數不同，不僅能變電壓，同時也

27、可見，匝數不同，不僅能變電壓，同時也能變電流。能變電流。1U1E1sE2U1I2I1sAXaxm2E二、負載時二次電壓、電流的關系二、負載時二次電壓、電流的關系2sE2s22222 22 222sssNIEjj L IjX II2222 22222 222 2sUEEI REjI XI REI Z三、基本方程式三、基本方程式根據基爾霍夫電壓定律可寫出一二次側電根據基爾霍夫電壓定律可寫出一二次側電動勢平衡方程動勢平衡方程111111111ZIEXI jRIEU222 2UEI ZLZIU22210IIIkmmmZIjXRIE001)(12EkE1R1jX2R2X2ULZ1U1E1I0I2E2I圖

28、圖2-10 根據歸算后的基本方程畫出的部分電路圖根據歸算后的基本方程畫出的部分電路圖111111111ZIEXI jRIEU222222222ZIEXI jRIEU5.3.3 5.3.3 等效電路及相量圖等效電路及相量圖一、折算一、折算折算：將變壓器的二次（或一次）繞組用折算：將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個繞組來等效，同時對該繞組的電磁另一個繞組來等效，同時對該繞組的電磁量作相應的變換，以保持兩側的電磁關系量作相應的變換，以保持兩側的電磁關系不變。不變。1U1E1sE2U1I2I1sAXaxm2E2sE2s目的：用一個等效的電路代替實際的變壓器。目的：用一個等效的電路代替實際的變壓器。折

29、算原則：折算原則：1）保持二次側磁動勢不變；保持二次側磁動勢不變；2）保持二次側各功率或損耗不變。）保持二次側各功率或損耗不變。1U1E1sE2U1I2I1sAXaxm2E2sE2s方法：（將二次側折算到一次側方法：（將二次側折算到一次側)1）保持二次側磁動勢不變；保持二次側磁動勢不變；/1 2222N IN IF/1 11 21 0NININI/120III1U1E1sE2U1I2I1sAXaxm2E2sE2skII22(1)電流的歸算電流的歸算:1U1E1sE2U1I2I1sAXaxm2E2sE2s/1 2222N IN IF(2)電勢的歸算電勢的歸算: 224.44mEjfN實際值實際值

30、/214.44mEjfN折合值折合值122212NEkEEEN 1U1E1sE2U1I2I1sAXaxm2E2sE2s(3)(3)阻抗換算阻抗換算222 2UEI ZLZIU22222LEZZI實際值實際值1U1E1sE2U1I2I1sAXaxm2E2sE2s1U1E1sE2U1I2I1sAXaxm2E2sE2s折合折合值值/2222222/222()LLEkEEZZkk ZZIIIk/222()LLZZk ZZ222222222Rk RXk XZk Z 222LLLLLLRk RXk XZk Z 于是得到阻抗換算關系于是得到阻抗換算關系(4)(4)端電壓的換算關系端電壓的換算關系222 2U

31、EI Z實際值實際值/2222 222222 221()UE I ZkEIk Zk E I ZkUk折合值折合值1U1E1sE2U1I2I1sAXaxm2E2sE2s 注意事項：注意事項：1、折合算法僅僅作為一個方法來用，不改變變壓、折合算法僅僅作為一個方法來用，不改變變壓器運行的物理本質。器運行的物理本質。2、當二次向一次折合時，一次側各量為實際值，二次、當二次向一次折合時，一次側各量為實際值，二次側變為帶側變為帶“/”的量，如果要求二次回路各量的實際值，的量，如果要求二次回路各量的實際值，再按上述公式把折合值換算為實際值再按上述公式把折合值換算為實際值說明：折合算法其結果不改變變壓器運行的

32、物理本說明：折合算法其結果不改變變壓器運行的物理本質，既不改變功率，也不影響阻抗的阻抗角。質，既不改變功率，也不影響阻抗的阻抗角。* * 無論向哪一側折合，折合前后的損耗值、功率值無論向哪一側折合，折合前后的損耗值、功率值及功率因數均不變。及功率因數均不變。2、變壓器變比 必須按原副邊額定相電壓計算。k1 1、等值電路中所表示的物理量及參數、等值電路中所表示的物理量及參數都是相值，用在三相變壓器時，是指對都是相值，用在三相變壓器時，是指對稱運行時的一相的情況。稱運行時的一相的情況。3 3、對稱負載時，不必考慮原副邊電路、對稱負載時，不必考慮原副邊電路接法是否相同，只需要把所有量轉換接法是否相同

33、，只需要把所有量轉換為相值。為相值。提示：提示：二、等效電路二、等效電路折算后的方程式為折算后的方程式為111111111ZIEXI jRIEU222222222ZIEXI jRIEU021III12EE01IZEmLZIU221U1E1sE2U1I2I1sAXaxm2E2sE2sT形等效電路 一次和二次繞組的等效電路，如圖一次和二次繞組的等效電路，如圖a和和b所示；所示；根據第四式可畫出勵磁部分的等效電路，如根據第四式可畫出勵磁部分的等效電路，如圖所示。然后根據圖所示。然后根據 兩式，把這三個電路連接在一起，即可得到兩式，把這三個電路連接在一起，即可得到變壓器的變壓器的T形等效電路，如圖形等

34、效電路，如圖c所示。所示。 21 EEmIII21 若進一步忽略激磁電流(即把激磁分支斷開)則等效電路將簡化成一串聯電路，如圖b所示，此電路就稱為簡化等效電路。在簡化等效電路中，變壓器的等效阻抗表現為一串聯阻抗.121212,kkkkkZZZRjXRRRXXX其中其中1212kkkkkRRRXXXZRjX分別為短路電阻、短路電抗和短路阻抗。分別為短路電阻、短路電抗和短路阻抗。12IIkR1U2UkjXLZ 由簡化等效電路可知，短路阻抗起由簡化等效電路可知，短路阻抗起限制短路電流的作用，由于短路阻抗值限制短路電流的作用，由于短路阻抗值很小，所以變壓器的短路電流值較大，很小，所以變壓器的短路電流值

35、較大，一般可達額定電流的一般可達額定電流的1020倍。倍。12IIkR1U2UkjXLZ2U2I222I R22jI X12EE0I1I2I1E11I R11jI X1U11111UEI Z 2222EUI Z 22LUI Z 1214.44 mEEjf W 01/mIEZ 102III 已知：已知： 、 、 、2U2I2coskm三、三、相量圖相量圖121()0KKUUI RjX121()KKUUI RjX 12II 1感性負載簡化相量圖12IIkR1U2UkjXLZ1KI R12II 2U21KjI X1U5.4 5.4 標幺值標幺值 標么值標么值,就是指某一物理量的實際值與選定的就是指某

36、一物理量的實際值與選定的同一單位的基準值的比值同一單位的基準值的比值,即即基準值實際值標幺值 一、定義一、定義二、基準值的確定二、基準值的確定1、通常以額定值為基準值。通常以額定值為基準值。 1122121122,bNbNUUUUUUUUUU一次和二次電壓的標幺值為一次和二次電壓的標幺值為1122121122,bNbNIIIIIIIIII一次和二次相電流的標幺值為一次和二次相電流的標幺值為 歸算到一次側時，等效漏阻抗的標幺值為歸算到一次側時，等效漏阻抗的標幺值為111NkkkbNIZZZZU2 2、各側的物理量以各自側的額定值為基準；、各側的物理量以各自側的額定值為基準； 線值以額定線值為基準

37、值，相值以額定線值以額定線值為基準值，相值以額定相值為基準值；單相值以額定單相值為基相值為基準值；單相值以額定單相值為基準值，三相值以額定三相值為基準值；準值，三相值以額定三相值為基準值； 三、優點三、優點2、折算前、后的標么值相等。線值的標么值折算前、后的標么值相等。線值的標么值= =相相值的標么值；單相值的標么值值的標么值；單相值的標么值= =三相值的標么值；三相值的標么值； 1、額定值的標么值為額定值的標么值為1。 2121222111NNbNNIRIk RRRZUU 22212221NNNNIRIk RRUU1221NNNNUkUIkI四、缺點四、缺點標么值沒有單位，物理意義不明確。標

38、么值沒有單位，物理意義不明確。3、不論變壓器或電機容量的大小，用標幺、不論變壓器或電機容量的大小，用標幺值表示時，各個參數和值表示時，各個參數和 典型的性能數據通常典型的性能數據通常都在一定的范圍以內，因此便于比較和分析。都在一定的范圍以內，因此便于比較和分析。 5.5 5.5 變壓器的參數測定變壓器的參數測定5.5.1 5.5.1 空載實驗空載實驗一、目的一、目的：通過測量空載電流和一、二次：通過測量空載電流和一、二次電壓及空載功率來計算變比、空載電流百電壓及空載功率來計算變比、空載電流百分數、鐵損和勵磁阻抗。分數、鐵損和勵磁阻抗。二、接線圖二、接線圖三、要求及分析三、要求及分析1 1）一次

39、側加電壓，二次側開路）一次側加電壓，二次側開路；WAVV*曲線和畫出和測出向調節范圍內單方在電壓)()(,2 . 10)2101000201UfPUfIPIUUUNFepPXR011,)3即和忽略WAVV*忽略忽略Z10110.0020.01NmIIZZ220100mFeI RI RPP求取求取 Zm 、 K空載試驗測到的參數：空載試驗測到的參數：100IPU 、 、20U、0I1U1R1jX0ImRmjX1E0I1U0ImRmjX1E三、要求及分析三、要求及分析201001%100NNUKUIII1022020NmmmmmUZIPRXZRI4 4）求出參數）求出參數0I1U0ImRmjX1E

40、5 5）空載電流和空載功率必須是額定電壓）空載電流和空載功率必須是額定電壓時的值，并以此求取勵磁參數；時的值，并以此求取勵磁參數；6 6）一般，試驗都在低壓側做，若要）一般，試驗都在低壓側做，若要得到高壓側參數，須折算得到高壓側參數，須折算；7 7）對三相變壓器，各公式中的電壓、電）對三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值；流和功率均為相值；5.5.2 5.5.2 短路實驗短路實驗一、目的一、目的：通過測量短路電流、短路電壓及短路通過測量短路電流、短路電壓及短路功率來計算變壓器的短路電壓百分數、銅損和短功率來計算變壓器的短路電壓百分數、銅損和短路阻抗。路阻抗。二、接線圖二、接線圖三、要

41、求及分析三、要求及分析1 1）高壓側加電壓，低壓側短路）高壓側加電壓，低壓側短路；WAV*3 3）同時記錄實驗室的室溫；）同時記錄實驗室的室溫；2),0 1.3,()();kNkkkkkkkIIUIPIf UPf U通過調節電壓 讓電流 在范圍內變化 測出對應的和畫出和曲線WAV*4 4）由于外加電壓很小，主磁通很少，鐵損耗）由于外加電壓很小，主磁通很少，鐵損耗很少，忽略鐵損，認為很少，忽略鐵損，認為 。kC uPP11NII1R1jXkU2R2jX112kEU5）參數計算）參數計算122122kkNkkNkkNkkNkkkUUZIIPPRIIXZR對對T T型等效電路：型等效電路：12121

42、212kkRRRXXX11NII1R1jXkU2R2jX112kEU6 6）溫度折算：電阻應換算到基準工作溫）溫度折算：電阻應換算到基準工作溫度時的數值。度時的數值。8 8）對三相變壓器，各公式中的電壓、電流）對三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值；和功率均為相值；7 7）若要得到低壓側參數，須折算；）若要得到低壓側參數，須折算；11NII1R1jXkU2R2jX112kEU5.6 5.6 變壓器的運行特性變壓器的運行特性5.6.1 電壓變化率電壓變化率定義：是指一次側加定義：是指一次側加50Hz額定電壓、二次空載額定電壓、二次空載電壓與帶負載后在某功率因數下的二次電壓之電壓與帶負載

43、后在某功率因數下的二次電壓之差，與二次額定電壓的比值，即差，與二次額定電壓的比值，即 NNNUUUUUUU2222220l其中， U2N是變壓器一次繞組接額定電壓，二次繞組開路時的空載電壓U20 。2211UUU 采用標幺值表示為：222100%NNUUUU 電壓變化率是表征變壓器運行性能的重要指標之電壓變化率是表征變壓器運行性能的重要指標之一一,它大小反映了供電電壓的穩定性。它大小反映了供電電壓的穩定性。121kUUI Z 1221NUUABABU 1U12II 2ULZKrKjx 用標幺值的簡化等值電路用標幺值的簡化等值電路UAB感性負載簡化相量圖感性負載簡化相量圖11U 1 KI r1K

44、jI xB212II 22U1ADCK1212222cos()(coscossinsin)(cossin)kkkkkkkUABI ZI ZRX22U2IkkZ11U 1 KI r1KjI xB212II 22U1ADCK用相量圖可以推導出電壓變化率的表達式：用相量圖可以推導出電壓變化率的表達式：22(cossin)kkURX式中式中NII22稱為負載系數稱為負載系數 由表達式可知，電壓變化率的大小與負由表達式可知，電壓變化率的大小與負載大小、性質及變壓器的本身參數有關。載大小、性質及變壓器的本身參數有關。22(cossin)kkURX 時， 稱為額定電壓調整率，標志著變壓器的輸出電壓的穩定程度

45、。1U20202 變壓器的短路阻抗 越小， 也越小，供電電壓越穩定。KZU22,(),.Uf I當電源電壓和負載功率因數一定時 二次端電壓隨負載電流變化的規律即稱為變壓器的外特性2U2( )I1.001.01cos28 . 0cos28 . 0)cos(2*2U)(*2I1.001.01cos28 . 0cos28 . 0)cos(222(0)(0),;U當變壓器帶阻性負載和阻感性負載時為正值 這時二次端電壓比空載時低2U2( )I1.001.01cos28 . 0cos28 . 0)cos(22*22(0),.sincos,.kkUXRU帶阻容性負載時可能為正也可能為負值當時為負值 說明二次

46、電壓比空載時高5.6.3 損耗、效率及效率特性損耗、效率及效率特性 鐵損耗與外加電壓大小有關，而與負載大小基鐵損耗與外加電壓大小有關，而與負載大小基本無關，故也稱為不變損耗。本無關，故也稱為不變損耗。一、變壓器的損耗一、變壓器的損耗變壓器的損耗主要是鐵損耗和銅損耗兩種。變壓器的損耗主要是鐵損耗和銅損耗兩種。 銅損耗大小與負載電流平方成正比，故銅損耗大小與負載電流平方成正比，故也稱為可變損耗。也稱為可變損耗。額定電流下的銅損耗近似等于短路試驗電流為額定電流下的銅損耗近似等于短路試驗電流為額定電流時輸入的有功功率額定電流時輸入的有功功率21kNNkPIR 效率大小反映變壓器運行的經濟性能的效率大小

47、反映變壓器運行的經濟性能的好壞，是表征變壓器運行性能的重要指標之好壞，是表征變壓器運行性能的重要指標之一。一。三、效率及效率特性三、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。效率是指變壓器的輸出功率與輸入功率的比值。21100%PP1NU1N1I2N12PPPP其中:21PPP變量 P2 代表 副邊輸出的有功功率；變量 P1 代表 原邊輸入的有功功率； 代表 變壓器的總損耗。1NU1N1I2N單相變壓器：單相變壓器：222 2222222222coscoscoscosNNNNNNNIPU IUIUISI222 22222222223cos3cos3coscosNNNNNNNIPU

48、IUIUISI三相變壓器：P P2 2的計算的計算: :22NUU若忽略副邊端電壓在負載時的變化，則：若忽略副邊端電壓在負載時的變化，則：以上兩式的結果是一樣的以上兩式的結果是一樣的, ,22cosNPS 1211FeCuFeCupppPPpp0222222()cosFeCukNkNNNpPIpPPIPS其中其中20220(1)100%coskNNkNPPSPP20220(1)100%coskNNkNPPSPP變壓器效率的大小與變壓器效率的大小與負載的大小、功率因負載的大小、功率因數及變壓器本身參數數及變壓器本身參數有關。有關。效率特性：在功率因數效率特性：在功率因數一定時，變壓器的效率一定時

49、，變壓器的效率與負載電流之間的關系與負載電流之間的關系=f(),稱為變壓器的效稱為變壓器的效率特性率特性。0max 即當銅損耗等于鐵損耗即當銅損耗等于鐵損耗(可變損耗等于不可變損耗等于不變損耗變損耗)時時,變壓器效率最大：變壓器效率最大：:, 0率的條件則有變壓器產生最大效令dd20mkNPP或或0mkNPP0max202(1) 100%cos2mNPSP為了提高變壓器的運行效益，設計時應使為了提高變壓器的運行效益，設計時應使變壓器的鐵損耗小些。變壓器的鐵損耗小些。通常，通常， 條件下，中小型變條件下，中小型變壓器的效率約為壓器的效率約為0.950.980.950.98，大型變壓器的效，大型變

50、壓器的效率一般在率一般在0.990.99以上。以上。2cos1,m5.8 5.8 變壓器的并聯運行變壓器的并聯運行5.8.1 并聯運行的理想條件并聯運行的理想條件并聯運行的優點：并聯運行的優點：1、提高供電的可靠性；、提高供電的可靠性； 2、提高供電的經濟性。、提高供電的經濟性。并聯運行是指將幾臺變壓器的一、二次繞組并聯運行是指將幾臺變壓器的一、二次繞組分別接在一、二次側的公共母線上，共同向分別接在一、二次側的公共母線上，共同向負載供電的運行方式。負載供電的運行方式。并聯運行的理想情況是：并聯運行的理想情況是： 1、空載時各變壓器繞組之間無環流；、空載時各變壓器繞組之間無環流； 2、負載后，各

51、變壓器的負載系數相等；、負載后，各變壓器的負載系數相等； 3、負載后，各變壓器的負載電流與總的負載電、負載后，各變壓器的負載電流與總的負載電流同相位。流同相位。為了達到上述理想運行情況，并聯運行的為了達到上述理想運行情況，并聯運行的變壓器需滿足以下條件：變壓器需滿足以下條件：1、各變壓器一、二次側的額定電壓分別、各變壓器一、二次側的額定電壓分別相等，即變比相同；相等，即變比相同； 2、各變壓器的連接組別相同；、各變壓器的連接組別相同； 3、各變壓器的短路阻抗（短路電壓）的、各變壓器的短路阻抗（短路電壓）的標么值相等，且短路阻抗角也相等。標么值相等，且短路阻抗角也相等。一、變比不等時并聯運行一、

52、變比不等時并聯運行變比不等的兩臺變壓器并變比不等的兩臺變壓器并聯運行時，二次空載電壓聯運行時，二次空載電壓不等。折算到二次側的等不等。折算到二次側的等效電路如圖所示。效電路如圖所示。由等效電路可以列出方程式：由等效電路可以列出方程式：1212IIIISIIIISIIIIIIIUUI ZkUUIZk則二次側電流為：1111SIIIIIICLISISIISISIISIIIIIICLISISIISISIIUUZkkIIIIZZZZUUZkkIIIIZZZZ 為了保證空載時環流不超過額定電流的為了保證空載時環流不超過額定電流的10%，通常規定并聯運行的變壓器的變比差，通常規定并聯運行的變壓器的變比差不

53、大于不大于1%。 當變壓器的變比不等時，在空載時，環流當變壓器的變比不等時，在空載時，環流 就就存在。變比差越大，環流越大。由于變壓器的短存在。變比差越大，環流越大。由于變壓器的短路阻抗很小，即使變比差很小，也會產生很大的路阻抗很小，即使變比差很小，也會產生很大的環流。環流的存在，既占用了變壓器的容量，又環流。環流的存在，既占用了變壓器的容量，又增加了變壓器的損耗，這是很不利的。增加了變壓器的損耗，這是很不利的。CI二、連接組別不同時并聯運行 連接組別不同時，二次側線電壓之間至少相連接組別不同時，二次側線電壓之間至少相差差300，則二次線電壓差為線電壓的，則二次線電壓差為線電壓的51.8%，由

54、于，由于變壓器的短路阻抗很小變壓器的短路阻抗很小,這么大的電壓差將產生幾這么大的電壓差將產生幾倍于額定電流的空載環流，會燒毀繞組，所連接倍于額定電流的空載環流，會燒毀繞組，所連接組別不同絕不允許并聯。組別不同絕不允許并聯。三、短路阻抗標么值不等時并聯運行三、短路阻抗標么值不等時并聯運行由等效電路可知：由等效電路可知： 等效電路如圖所示。等效電路如圖所示。ISIIISIII ZI ZNISINIISIIIIININNIINIZIZIIIUIU*11:IIISISIIZZ 可見，各臺變壓器所分擔的負載大小與其短路阻抗可見，各臺變壓器所分擔的負載大小與其短路阻抗標么值成反比。標么值成反比。 為了充分

55、變壓器的容量，理想的負載分配，應使各為了充分變壓器的容量，理想的負載分配，應使各臺變壓器的負載系數相等，而且短路阻抗標值相等。臺變壓器的負載系數相等，而且短路阻抗標值相等。 變壓器運行規程規定：在任何一臺變壓器不變壓器運行規程規定：在任何一臺變壓器不過負荷的情況下，變比不同和短路阻抗標么值過負荷的情況下，變比不同和短路阻抗標么值不等的變壓器可以并聯運行。不等的變壓器可以并聯運行。 又規定：阻抗標么值不等的變壓器并聯運行又規定：阻抗標么值不等的變壓器并聯運行時，應適當提高短路阻抗標么值大的變壓器的時，應適當提高短路阻抗標么值大的變壓器的二次電壓，以使并聯運行的變壓器的容量均能二次電壓，以使并聯運

56、行的變壓器的容量均能充分利用。充分利用。 為了使各臺變壓器所承擔的電流同相位，要為了使各臺變壓器所承擔的電流同相位，要求各變壓器的短路阻抗角相等。求各變壓器的短路阻抗角相等。 一般來說，變壓器容量相差越大，短路阻抗一般來說，變壓器容量相差越大，短路阻抗角相差也越大，因此要求并聯運行的變壓器的角相差也越大，因此要求并聯運行的變壓器的最大容量之比不超過最大容量之比不超過3：1。1u1e10i2e20u02i圖圖2-4 變壓器的空載運行變壓器的空載運行1N2N1u1e10i2e20u02i圖圖2-8 變壓器的負載運行變壓器的負載運行1N2NLZ12)(1)(1ii圖圖2-6（a）鐵心的磁化曲線）鐵心

57、的磁化曲線Oti ,O1t90180i1i1圖圖2-6（b）磁路飽和時磁化電流成為尖頂波）磁路飽和時磁化電流成為尖頂波tmi1mi3mi圖圖2-23 把激磁電流的尖頂波分解成基波和三次諧波把激磁電流的尖頂波分解成基波和三次諧波tmimit20200圖圖2-24磁路飽和時正弦激磁電流產生的主磁通波形磁路飽和時正弦激磁電流產生的主磁通波形圖圖2-26 三相心式變壓器中三次諧波磁通的路徑三相心式變壓器中三次諧波磁通的路徑2iOcupmaxFep圖圖2-29變壓器的效率特性變壓器的效率特性mImI2E1EFeI011UE圖圖2-5 變壓器的空載相量圖變壓器的空載相量圖1R1jX2R2X2ULZ1U1E

58、1I1E0ImRmX2E2I圖圖2-10 根據歸算后的基本方程畫出的部分電路圖根據歸算后的基本方程畫出的部分電路圖111111111ZIEXI jRIEU222222222ZIEXI jRIEU01IZEm021III1R1X2X2U1U1I0ImRmX12EE 2I圖圖2-11 變壓器的變壓器的T形等效電路圖形等效電路圖2R21KXXX2UmRmX2I1U0I1I12RRRK圖圖2-12(a) 變壓器的近似形等效電路圖變壓器的近似形等效電路圖KRKX1U2U21II圖圖2-12(b) 變壓器的簡化等效電路變壓器的簡化等效電路A圖圖2-16 三相變壓器組及其磁路三相變壓器組及其磁路ABBCCXYZV330V220A168.A722.V1101N2N圖圖2-35 例例2-7的變壓器的變壓器2I2U1U22ABCKRI2KXI j2ab圖圖2-28 用簡化等效及其向量圖求用簡化等效及其向量圖求b)相量圖相量圖