1、單相變壓器第1頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二第4章 單相變壓器 內(nèi)容提要:變壓器的用途和結(jié)構(gòu)。變壓器的運(yùn)行原理。闡述分析變壓器運(yùn)行的三種方法電磁平衡關(guān)系、等值電路和向量圖。變壓器參數(shù)的測定。衡量變壓器運(yùn)行性能的重要標(biāo)志是外特性和效率特性。掌握這些知識為選擇、使用、維護(hù)變壓器提供了依據(jù)。第2頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.1 變壓器的用途、分類和結(jié)構(gòu)4.1.1 變壓器的工作原理電力變壓器主要由一閉合鐵芯作為主磁路和兩個匝數(shù)不同、而又相互絕緣的線圈（繞組）作為電路組合而成，如圖4.1所示。圖4.1 雙繞組變壓器示意圖第3頁，共63頁，2022年

2、，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.1 變壓器的用途、分類和結(jié)構(gòu)4.1.2 變壓器的應(yīng)用 由于變壓器具有變換電壓，變換電流和變換阻抗的功能，所以在電力系統(tǒng)和電子線路中得到極為廣泛的應(yīng)用，它是電能的傳輸、分配和使用的重要電氣設(shè)備。 圖4.2 電力系統(tǒng)示意圖第4頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.1 變壓器的用途、分類和結(jié)構(gòu)4.1.3 變壓器的結(jié)構(gòu)對于變壓器運(yùn)行維護(hù)人員，首先應(yīng)了解變壓器結(jié)構(gòu)，才能正確使用，便于監(jiān)視和檢測，進(jìn)行維護(hù)和修理，從而提高運(yùn)行的可靠性。變壓器結(jié)構(gòu)如圖4.3所示，它由以下幾部分組成：第5頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.1 變

3、壓器的用途、分類和結(jié)構(gòu)4.1.3.1 鐵芯1. 鐵芯的作用和材料圖4.4 心式變壓器結(jié)構(gòu) 圖4.5 殼式變壓器結(jié)構(gòu) 第6頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.1 變壓器的用途、分類和結(jié)構(gòu)4.1.3.1 鐵芯1. 鐵芯的作用和材料鐵芯既是變壓器的主磁路，又是機(jī)械骨架。為減小變壓器的鐵耗，鐵芯一般采用高導(dǎo)磁的0.35mm或0.5mm兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。鐵芯由鐵芯柱和鐵軛兩部分組成，鐵芯柱上套有繞組，鐵軛僅起連接鐵芯柱，使磁路形成閉合回路的作用。第7頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.1 變壓器的用途、分類和結(jié)構(gòu)4.1.3.1 鐵芯1. 鐵芯的作

4、用和材料圖4.4 心式變壓器結(jié)構(gòu) 第8頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.1 變壓器的用途、分類和結(jié)構(gòu)4.1.3.1 鐵芯1. 鐵芯的作用和材料圖4.4 心式變壓器結(jié)構(gòu) 圖4.5 殼式變壓器結(jié)構(gòu) 第9頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二1.1 直流電機(jī)基本工作原理4.1.3.1 鐵芯2鐵芯疊裝方法 圖4.6 硅鋼片的疊法 第10頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.1 變壓器的用途、分類和結(jié)構(gòu)4.1.3.1 鐵芯2鐵芯疊裝方法圖4.7 鐵芯柱截面第11頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.1 變壓器的用途、

5、分類和結(jié)構(gòu)4.1.3.2 繞組繞組是變壓器的電路部分，它由銅線或鋁線繞制而成。按高、低壓繞組在鐵芯柱上的排列方式，可分為以下兩類。1. 同心式繞組2交疊式繞組 第12頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.1 變壓器的用途、分類和結(jié)構(gòu)4.1.3.2 繞組繞組是變壓器的電路部分，它由銅線或鋁線繞制而成。按高、低壓繞組在鐵芯柱上的排列方式，可分為以下兩類。1. 同心式繞組2交疊式繞組 第13頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.1 變壓器的用途、分類和結(jié)構(gòu)4.1.3.2 繞組繞組是變壓器的電路部分，它由銅線或鋁線繞制而成。按高、低壓繞組在鐵芯柱上的排列方式

6、，可分為以下兩類。1. 同心式繞組2交疊式繞組 第14頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.1 變壓器的用途、分類和結(jié)構(gòu)4.1.3.3 油箱和變壓器油第15頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.1 變壓器的用途、分類和結(jié)構(gòu)4.1.3.4 儲油柜（又叫油枕） 圖4.10 三相變壓器器身結(jié)構(gòu) 第16頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.1 變壓器的用途、分類和結(jié)構(gòu) 4.1.3.5 氣體繼電器和安全氣道氣體繼電器裝在儲油柜與油箱之間的連通管內(nèi)，是變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時的保護(hù)裝置，如圖4.11所示。圖4.11 儲油柜和安全氣道 第17頁，

7、共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.1 變壓器的用途、分類和結(jié)構(gòu)4.1.3.6 導(dǎo)管和調(diào)壓裝置導(dǎo)管是將變壓器繞組引出線，從油箱內(nèi)部引到箱外，絕緣導(dǎo)管由瓷質(zhì)的絕緣導(dǎo)筒和導(dǎo)電桿構(gòu)成，導(dǎo)管外形做成多級傘形，級數(shù)越多耐壓越高，如圖所示。第18頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.1 變壓器的用途、分類和結(jié)構(gòu)4.1.3.6 導(dǎo)管和調(diào)壓裝置油箱上還裝有分接開關(guān)，可調(diào)節(jié)高壓繞組匝數(shù)，用以調(diào)節(jié)副邊輸出電壓的高低。通常輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍是額定電壓5%，如圖所示。 第19頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.1 變壓器的用途、分類和結(jié)構(gòu)4.1.4 變

8、壓器的銘牌和額定值表4-1 電力變壓器銘牌第20頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.1 變壓器的用途、分類和結(jié)構(gòu) 1變壓器的型號含義2額定容量SN（kVA） 第21頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.1 變壓器的用途、分類和結(jié)構(gòu) 1變壓器的型號含義2額定容量SN（kVA） 單相變壓器容量： 第22頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.1 變壓器的用途、分類和結(jié)構(gòu) 1變壓器的型號含義2額定容量SN（kVA） 單相變壓器容量： 三相變壓器容量： 第23頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.1 變壓器的用途、

9、分類和結(jié)構(gòu)3額定電壓U1N、U2N（kV）U1N是指變壓器額定運(yùn)行時，根據(jù)絕緣強(qiáng)度和散熱條件，規(guī)定加于原繞組的端電壓；U2N指原繞組加額定頻率f1=f1N的額定電壓U1N，副繞組的空載電壓U20，即U20= U2N。對于三相變壓器額定電壓指額定線電壓。 第24頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.1 變壓器的用途、分類和結(jié)構(gòu)4額定電流I1N、I2N（A）額定電流是根據(jù)絕緣和發(fā)熱要求，變壓器原、副繞組長期允許通過的安全電流，對于三相變壓器額定電流是指額定線電流。 第25頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.2 單相變壓器的空載運(yùn)行 4.2.1 空載運(yùn)行

10、時的物理狀況 圖4.14 變壓器空載運(yùn)行原理圖 第26頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.2 單相變壓器的空載運(yùn)行 4.2.1 空載運(yùn)行時的物理狀況 與1s二者性質(zhì)不同，從圖4.14可見，是經(jīng)過鐵芯而閉合，而鐵磁材料存在著飽和現(xiàn)象，磁阻為一變數(shù)，所以與I0呈非線性關(guān)系；1s是經(jīng)過非導(dǎo)磁材料而閉合，磁阻為常數(shù)，故1s與I0呈線性關(guān)系。 第27頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.2 單相變壓器的空載運(yùn)行4.2.2 變壓器的感應(yīng)電勢和變比1變壓器各電磁量正方向的規(guī)定 （1）同一支路中電壓 與 的正方向一致。（2）磁通 的正方向與產(chǎn)生它的電流 正方向符合

11、右手螺旋定則。（3）感應(yīng)電勢 正方向與產(chǎn)生它的磁通 符合右手螺旋定則。 第28頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.2 單相變壓器的空載運(yùn)行2感應(yīng)電勢由于外加電壓為正弦波，則設(shè)、均按正弦規(guī)律變化： （1）感應(yīng)電勢瞬時值。（2）感應(yīng)電勢的有效值。（3）感應(yīng)電勢的向量式。第29頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.2 單相變壓器的空載運(yùn)行2感應(yīng)電勢由于外加電壓為正弦波，則設(shè)、均按正弦規(guī)律變化： （1）感應(yīng)電勢瞬時值。第30頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.2 單相變壓器的空載運(yùn)行2感應(yīng)電勢由于外加電壓為正弦波，則設(shè)、均按正弦規(guī)律

12、變化： （2）感應(yīng)電勢的有效值。第31頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.2 單相變壓器的空載運(yùn)行2感應(yīng)電勢由于外加電壓為正弦波，則設(shè)、均按正弦規(guī)律變化： （3）感應(yīng)電勢的向量式。第32頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.2 單相變壓器的空載運(yùn)行3電勢平衡方程式上式表明U1與E1在數(shù)值上相等，在方向上相反，在波形上相同。 的大小取決于U1、N1、f的大小；當(dāng)U1、N1、f不變時，則基本不變，磁路飽和程度也基本不變。由于副邊空載，I2=0，則副繞組內(nèi)無壓降產(chǎn)生，副邊空載電壓U20等于副邊電勢E2，即：上式說明U20與E2既同方向，又同大小。第33頁

13、，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.2 單相變壓器的空載運(yùn)行4變壓器的變比K變比K是變壓器的一個重要參數(shù)，但需注意：（1）K一般取高壓邊與低壓邊電勢或電壓之比。（2）對三相變壓器是指原、副邊相電勢（相電壓）之比。第34頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.2 單相變壓器的空載運(yùn)行4.2.3 變壓器的空載電流 i0變壓器空載電流嚴(yán)格地講可以分為兩個分量:或第35頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.2 單相變壓器的空載運(yùn)行4.2.4 變壓器空載時的向量圖和等值電路 1變壓器空載時的向量圖為了直觀地反映變壓器各物理量的大小和相位關(guān)系

14、，可用向量圖來表示空載運(yùn)行時的情況，其具體畫法如下：（1）以 作為參考量，并畫在水平線上。（2） 、 均滯后 90，且空載時 （3）畫 與 同相位， 與 相位相反，根據(jù) 得 超前于 一個鐵耗角 。第36頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.2 單相變壓器的空載運(yùn)行2變壓器空載時的等值電路 變壓器運(yùn)行時既有電路，又有電和磁的相互聯(lián)系，若能用純電路的形式“等效”地表示出來，就可使變壓器分析大為簡化。 圖4.16 變壓器空載時的等值電路第37頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.2 單相變壓器的空載運(yùn)行2變壓器空載時的等值電路 例4.1 一臺三相變壓器，S

15、N=750kVA，U1N/U2N10000/400V，f=50Hz，Y, d接法，原繞組每相電阻r1=0.85，X1=3.55，激磁阻抗Zm=rm+jXm=201.98+2211.34，試求：（1）原、副繞組額定電流I1N、I2N。（2）變壓器的變比K。（3）空載電流I0占原繞組額定電流I1N的百分?jǐn)?shù)。（4）原繞組相電壓、相電勢及空載時漏抗壓降，并比較三者的大小。第38頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.2 單相變壓器的空載運(yùn)行2變壓器空載時的等值電路 例4.1 一臺三相變壓器，SN=750kVA，U1N/U2N10000/400V，f=50Hz，Y, d接法，原繞組每

16、相電阻r1=0.85，X1=3.55，激磁阻抗Zm=rm+jXm=201.98+2211.34，試求：（1）原、副繞組額定電流I1N、I2N。第39頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.2 單相變壓器的空載運(yùn)行2變壓器空載時的等值電路 例4.1 一臺三相變壓器，SN=750kVA，U1N/U2N10000/400V，f=50Hz，Y, d接法，原繞組每相電阻r1=0.85，X1=3.55，激磁阻抗Zm=rm+jXm=201.98+2211.34，試求：（2）變壓器的變比K。第40頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.2 單相變壓器的空載運(yùn)行2變壓器空

17、載時的等值電路 例4.1 一臺三相變壓器，SN=750kVA，U1N/U2N10000/400V，f=50Hz，Y, d接法，原繞組每相電阻r1=0.85，X1=3.55，激磁阻抗Zm=rm+jXm=201.98+2211.34，試求：（3）空載電流I0占原繞組額定電流I1N的百分?jǐn)?shù)。第41頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.2 單相變壓器的空載運(yùn)行2變壓器空載時的等值電路 例4.1 一臺三相變壓器，SN=750kVA，U1N/U2N10000/400V，f=50Hz，Y, d接法，原繞組每相電阻r1=0.85，X1=3.55，激磁阻抗Zm=rm+jXm=201.98+

18、2211.34，試求：（4）原繞組相電壓、相電勢及空載時漏抗壓降，并比較三者的大小。原繞組相電壓：原繞組相電勢： 原繞組每相漏抗壓降： 三者大小比較： 第42頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行4.3.1 變壓器負(fù)載時物理狀況圖4.17 變壓器負(fù)載運(yùn)行原理圖 第43頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行4.3.1 變壓器負(fù)載時物理狀況上式說明，變壓器負(fù)載變化（I2變化）時，必將引起原邊電流I1和功率隨之變化。第44頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行4.3.2 變壓

19、器負(fù)載時磁勢平衡方程式變壓器負(fù)載后，原繞組磁勢 和副繞組磁勢 都同時作用于主磁路上，共同產(chǎn)生主磁通，故磁勢平衡方程式為： 或第45頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行4.3.3 變壓器負(fù)載時電勢平衡方程式變壓器負(fù)載時各物理量電磁關(guān)系如下：第46頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行4.3.3 變壓器負(fù)載時電勢平衡方程式綜上所述，可得變壓器基本方程式為：第47頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行4.3.3 變壓器負(fù)載時電勢平衡方程式4.3.3.1 變壓器繞組折算 1變

20、壓器折算原則2折算的方法第48頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行4.3.3 變壓器負(fù)載時電勢平衡方程式4.3.3.2 變壓器負(fù)載時的等值電路 副繞組經(jīng)折算后的基本方程式如下： 第49頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.3 變壓器的負(fù)載運(yùn)行4.3.3 變壓器負(fù)載時電勢平衡方程式4.3.3.2 變壓器負(fù)載時的等值電路 1“T”形等值電路 2簡化等值電路 第50頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.4 變壓器參數(shù)的測定4.4.1 變壓器空載試驗(yàn)1變壓器空載試驗(yàn)的目的2變壓器試驗(yàn)接線圖3變壓器空載試驗(yàn)方法4變壓

21、器激磁參數(shù)的計算5變壓器空載試驗(yàn)注意事項(xiàng)第51頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.4 變壓器參數(shù)的測定4.4.2 變壓器短路試驗(yàn)1變壓器短路試驗(yàn)?zāi)康?變壓器短路試驗(yàn)接線圖3變壓器短路試驗(yàn)方法 4變壓器短路參數(shù)的計算第52頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.5 變壓器的運(yùn)行特性4.5.1 變壓器的外特性和電壓變化率1變壓器的外特性2變壓器的電壓變化率（電壓調(diào)整率）3變壓器外特性曲線 第53頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.5 變壓器的運(yùn)行特性4.5.2 變壓器的效率特性圖4.27 變壓器能流圖第54頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.5 變壓器的運(yùn)行特性4.5.2.1 變壓器損耗 1鐵耗PfeP0PFe 2銅耗PCu第55頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.5 變壓器的運(yùn)行特性4.5.2.2 變壓器的效率第56頁，共63頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)4分，星期二4.5 變壓器的運(yùn)行特性4.5.2