第二篇變壓器

變壓器是一種常見的電氣設備，在電力系統和電子線路中應用廣泛,變壓器是一種靜止電器,它通過線圈間的電磁感應,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級的交流電能。變壓器的種類有：

在能量傳輸過程中，當輸送功率P=UIcos及負載功率因數cos

一定時：電能損耗小節省金屬材料（經濟）UIP=I2RlIS電力變電壓：電力系統

測量變壓器：電流、電壓互感器調壓變壓器：實驗室調節電壓

專用變壓器：電焊、整流等電力工業中常采用高壓輸電低壓配電，實現節能并保證用電安全。具體如下：

發電廠10.5kV輸電線220kV升壓儀器36V降壓…實驗室380/220V降壓變電站10kV降壓降壓變壓器的分類電壓互感器電流互感器按用途分電力變壓器(輸配電用)儀用變壓器整流變壓器按相數分三相變壓器單相變壓器按制造方式殼式心式變壓器符號變壓器的種類很多，可按其用途、相數、結構、調壓方式、冷卻方式等不同來進行分類。變壓器的分類按用途分類：電力變壓器（升壓、降壓）、儀用變壓器（電壓互感器、電流互感器）、整流變壓器；按相數分類：單相變壓器和三相變壓器；按線圈數分類：雙繞組變壓器、三繞組變壓器和自耦變壓器；

按鐵心結構分類：心式變壓器和殼式變壓器；按調壓方式分類：無載調壓變壓器、有載調壓變壓器；按冷卻介質和冷卻方式分類：油浸式變壓器和干式變壓器等；按容量大小分類：小型變壓器、中型變壓器、大型變壓器和特大型變壓器。一、變壓器的基本結構2-1變壓器的基本結構和額定值鐵心繞組其他部件變壓器的基本結構變壓器的結構變壓器的磁路繞組：一次繞組二次繞組單相變壓器+–+–由高導磁硅鋼片疊成厚0.35mm或0.5mm鐵心變壓器的電路一次繞組N1二次繞組N2鐵心變壓器的結構

鐵心和繞組是變壓器中最主要的部件，他們構成了變壓器的器身。1、鐵心：構成了變壓器的磁路，同時又是套裝繞組的骨架。鐵心由鐵心柱和鐵軛兩部分構成。鐵心柱上套繞組，鐵軛將鐵心柱連接起來形成閉合磁路。鐵心材料：為了提高磁路的導磁性能，減少鐵心中的磁滯、渦流損耗，鐵心一般用高磁導率的磁性材料——硅鋼片疊成。其厚度為0.35～0.5mm，兩面涂以厚0.02～0.23mm的漆膜，使片與片之間絕緣。變壓器的結構功率損耗交流鐵心線圈的功率損耗主要有銅損和鐵損兩種。1.銅損(Pcu)在交流鐵心線圈中,線圈電阻R上的功率損耗稱銅損，用Pcu表示。Pcu=RI2式中：R是線圈的電阻；I是線圈中電流的有效值。2.鐵損(PFe)在交流鐵心線圈中，處于交變磁通下的鐵心內的功率損耗稱鐵損，用PFe

表示。鐵損由磁滯和渦流產生。+–ui（1）磁滯損耗（Ph）由磁滯所產生的能量損耗稱為磁滯損耗(Ph

)。

磁滯損耗轉化為熱能，引起鐵心發熱。減少磁滯損耗的措施：變壓器和電機中選用硅鋼等材料制作鐵心，降低磁滯損耗。磁滯性：磁性材料中磁感應強度B的變化總是滯后于外磁場變化H（磁場強度）的性質。(2)渦流損耗（Pe）渦流損耗:由渦流所產生的功率損耗。

渦流：交變磁通在鐵心內產生感應電動勢和電流，稱為渦流。渦流在垂直于磁通的平面內環流。渦流損耗轉化為熱能，引起鐵心發熱。減少渦流損耗措施：提高鐵心的電阻率（通常由于硅鋼片）。鐵心用彼此絕緣的鋼片疊成，把渦流限制在較小的截面內。2.變壓器的效率()變壓器的損耗包括兩部分：銅損(PCu)：繞組導線電阻的損耗。與負載大小（正比于電流平方）有關。

鐵損(PFe)：變壓器的效率為一般95%,負載為額定負載的(50~75)%時,最大。輸出功率輸入功率磁滯損耗渦流損耗

2、繞組：繞組是變壓器的電路部分，它由銅或鋁絕緣導線繞制而成。

一次繞組（原繞組）：輸入電能二次繞組（副繞組）：輸出電能它們通常套裝在同一個心柱上，一次和二次繞組具有不同的匝數，通過電磁感應作用，一次繞組的電能就可傳遞到二次繞組，且使一、二次繞組具有不同的電壓和電流。其中，兩個繞組中，電壓較高的我們稱為高壓繞組，相應的電壓較低的稱為低壓繞組。為了絕緣布置方便，通常低壓繞組裝得靠近鐵芯，高壓繞組則套在低壓繞組的外面，低壓繞組與高壓繞組之間，以及低壓繞組與鐵芯之間都留有一定的絕緣間隙和散熱油道，并用絕緣紙筒隔開，使繞組有效地散熱。從高、低壓繞組的相對位置來看，變壓器的繞組又可分為同心式、交迭式。由于同心式繞組結構簡單，制造方便，所以，國產的均采用這種結構，交迭式主要用于特種變壓器中。三、油箱及其他附件1.油箱

變壓器油的作用：加強變壓器內部絕緣強度和散熱作用。要求：用質量好的鋼板焊接而成，能承受一定壓力。形式：大型變壓器油箱均采用了鐘罩式結構；小型變壓器采用吊器身式。2.儲油柜

作用：減少油與外界空氣的接觸面積，減小變壓器受潮和氧化的概率。在大型電力變壓器的儲油柜內還安放一個特殊的空氣膠囊，它通過呼吸器與外界相通，空氣膠囊阻止了儲油柜中變壓器油與外界空氣接觸。3.呼吸器

作用：內裝硅膠的干燥器，與油枕連通，為了使潮氣不能進入油枕使油劣化。硅膠對空氣中水份具有很強的吸附作用，干燥狀態狀態為蘭色，吸潮飽和后變為粉紅色。吸潮的硅膠可以再生。4.冷卻器

作用：加強散熱。裝配在變壓器油箱壁上，對于強迫油循環風冷變壓器，電動泵從油箱頂部抽出熱油送入散熱器管簇中，這些管簇的外表受到來自風扇的冷空氣吹拂，使熱量散失到空氣中去，經過冷卻后的油從變壓器油箱底部重新回到變壓器油箱內。5.絕緣套管

(分為高壓絕緣套管和低壓絕緣套管)

作用：使繞組引出線與油箱絕緣。絕緣套管一般是陶瓷的，其結構取決于電壓等級。1kV以下采用實心磁套管，10～35kV采用空心充氣或充油式套管，110kV及以上采用電容式套管。為了增大外表面放電距離，套管外形做成多級傘形裙邊。電壓等級越高，級數越多。6.分接開關

作用：用改變繞組匝數的方法來調壓。一般從變壓器的高壓繞組引出若干抽頭，稱為分接頭，用以切換分接頭的裝置叫分接開關。分接開關分為無載調壓和有載調壓兩種，前者必須在變壓器停電的情況下切換；后者可以在變壓器帶負載情況下進行切換。分接開關安裝在油箱內，其控制箱在油箱外，有載調壓分接開關內的變壓器油是完全獨立的，它也有配套的油箱、瓦斯繼電器、呼吸器。7.壓力釋放閥

作用：為防止變壓器內部發生嚴重故障而產生大量氣體，引起變壓器發生爆炸。壓力釋放裝置在變壓器油箱頂蓋上，壓力釋放裝置在保護電力變壓器方面起重要作用。充有變壓器油的電力變壓器，如果內部出現故障或短路，電弧放電就會在瞬間使油汽化，導致油箱內壓力極快升高。如果不能極快釋放該壓力，油箱就會破裂，將易燃油噴射到很大的區域內，可能引起火災，造成更大破壞，因而通過壓力釋放裝置使油箱內減壓防止上述情況發生。

8.氣體繼電器（瓦斯繼電器）

作用：變壓器的一種保護裝置，安裝在油箱與儲油柜的連接管道中，當變壓器內部發生故障時（如絕緣擊穿、匝間短路、鐵芯事故、油箱漏油使油面下降較多等）產生的氣體和油流，迫使氣體繼電器動作。輕者發出信號，以便運行人員及時處理。重者使斷路器跳閘，以保護變壓器。

1、變壓器的型號: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。

五、變壓器的銘牌和技術數據SJL1000/10

變壓器額定容量(KVA)

鋁線圈

冷卻方式J:油浸自冷式F:風冷式相數S:三相D:單相

高壓繞組的額定電壓(KV)２．電力變壓器的額定值（１）額定容量額定容量是指在額定狀態下變壓器輸出功率的保證值，單位為ｋＶ·Ａ。由于電力變壓器的效率極高，規定一次、二次側容量相同。（２）額定電壓高壓（一次）側額定電壓是指變壓器在空載時，變壓器額定分接頭對應的電壓，單位為ｋＶ。二次側額定電壓是指在一次側加上額定電壓時，二次側的空載電壓值。對三相電力變壓器，額定電壓是指線電壓。（３）額定電流根據變壓器的額定容量和額定電壓計算出來的電流稱為變壓器的額定電流，單位為Ａ。對三相電力變壓器，額定電流是指線電流。另外，在額定運行時，變壓器的頻率、效率和溫升均為額定值。第四章變壓器的基本理論變壓器的一次繞組（一次繞組）與交流電源接通后，經繞組內流過交變電流產生磁通，在這個磁通作用下，鐵芯中便有交變磁通，即一次繞組從電源吸取電能轉變為磁能，在鐵芯中同時交（環）鏈原、副邊繞組（二次繞組），由于電磁感應作用，分別在原、二次繞組產生頻率相同的感應電動勢。如果此時二次繞組接通負載，在二次繞組感應電動勢作用下，便有電流流過負載，鐵芯中的磁能又轉換為電能。這就是變壓器利用電磁感應原理將電源的電能傳遞到負載中的工作原理。1.變壓器的工作原理在主磁通的作用下，兩側的線圈分別產生感應電勢，電勢的大小與匝數成正比，K為變壓器變比。1.變壓器的工作原理變壓器匝數多的一側電流小，匝數少的一側電流大。變壓器的原、副線圈匝數不同，起到了變壓作用。變壓器一次側為額定電壓時，其二次側電壓隨著負載電流的大小和功率因素的高低而變化。變壓器電流之比與一、二次繞組的匝數成反比，即2.變壓器各電磁量的正方向3.變壓器變比和參數的測定方法1.變壓器的空載運行變壓器一次繞組接電源，二次繞組開路，負載電流為零，這種情況即為變壓器的空載運行。和為一、二次繞組的匝數分別繞在兩個鐵心柱上。2.變壓器的負載運行

一次側接交流電源，二次側接負載，二次側中便有負載電流流過，這種情況稱為負載運行。

3.變壓器變比和參數的測定方法3.變壓器變比和參數的測定方法

3.變壓器等效電路參數的測定（1）空載實驗用大寫字母表示高壓端,小字母表示低壓端.空載試驗可在任一邊作.但考慮到空載試驗所加電壓較高,其電流較小,為試驗的安全和儀器儀表選擇方便,一般在低壓側作。如下圖所示:測定方法:在原邊側加副邊側開路，讀取、、、。3.變壓器變比和參數的測定方法（2）短路試驗

因短路試驗電流大,電壓低,一般在高壓側作，從等效電路可見,外加電壓僅用來克服變壓器本身的漏阻抗壓降,所以當很低時,電流即到達額定,該電壓為。

在

時,讀取

、計算短路參數。

3.變壓器變比和參數的測定方法短路試驗時使電流達到額定值時所加電壓稱為阻抗電壓或短路電壓。阻抗電壓用額定電壓百分比表示時有:阻抗電壓百分比是銘牌數據之一，

是變壓器的主要參數，阻抗電壓的大小反映變壓器在額定負載下運行時，漏阻抗壓降的大小。4.變壓器的效率()為減少渦流損耗，鐵心一般由導磁鋼片疊成。變壓器的損耗包括兩部分：銅損(PCu)：繞組導線電阻的損耗。渦流損耗：交變磁通在鐵心中產生的感

應電流(渦流)造成的損耗。磁滯損耗：磁滯現象引起鐵心發熱，造

成的損耗。

鐵損(PFe)：變壓器的效率為一般95%,負載為額定負載的(50~75)%時，最大。輸出功率輸入功率

當三相變壓器的原邊和副邊繞組均以一定的接法現接，帶上三相對稱負載，原邊加上對稱的三相電壓時，因為三相對稱電壓本身大小相等、相位互差1200，因此求得一相的電壓、電流，其它兩相按對稱關系求出。

第五章

三相變壓器一、組式變壓器三個獨立的單相變壓器組成,在電路上互相聯接，三相磁路互相完全獨立。各相主磁通有各自的鐵心磁路，互不影響。各相鐵芯、磁通、磁阻等一致三相變壓器磁路二、芯式變壓器具有共同鐵芯;中柱（中間鐵芯柱）磁通為三相磁通之和，對稱時中柱磁通為零，可省去;又稱三相三鐵芯柱式變壓器（三相鐵芯式變壓器）;平面，磁路不完全對稱，各相If不完全相同，但相差很小，忽略區別。三相變壓器磁路三、連接組（1）高、低壓繞組中電動勢相位關系（單相繞組）單相變壓器中，高壓繞組首端為“A”、末端為“X”；低壓繞組首端為“a”、末端為“x”。AXaxAXax原、副繞組被同一主磁通交鏈，感應電動勢在任一瞬間原邊繞組一端點為高電位，副邊繞組也有一端點為高電位。這兩個端點為“同名端”三相變壓器磁路三相變壓器繞組的聯接法和聯接組1、三相變壓器連接法ABCXYZ星形連接ABCXYZ三角形連接高壓繞組首端由A、B、C表示，末端由X、Y、Z表示；低壓繞組首端由a、b、c表示，末端由x、y、z表示。一相繞組末端與另一相繞組首端相連，依次得到一閉合回路，為三角形連接“”，有順、逆之分。

三相變壓器繞組的聯接法和聯接組分析：P147~148Yy0、yd11連接組三相變壓器連接組別：反映變壓器高、低壓側繞組的連接方式，以及在正相序電源時，高、低壓側繞組對應線電勢的相位關系。三相變壓器一次、二次繞組不同的連接方式的組合，形成不同的聯結組。可以有下列幾種：Y,yY,dD,dD,y三相變壓器的聯結組

3、相位關系的結論：實際變壓器高低壓側對應線電勢之間的相位差一般為0o，30o,60o,90o,120o,...150o,300o,330o。正好對應于鐘表盤上的12個位置。

1、三相變壓器的聯結組用高、低壓側對應線電勢之間的相位關系來描述。

2、相位關系判斷原則:(1)繞向(2)標號(3)三相聯接方式三相變壓器的聯結組時鐘表示法

將一次側的某線電勢EUV固定在0點(12)，二次側對應相的線電勢Euv

所指的位置(小時數)可以用來表示二者之間的相位差，即可以用來表征聯結組。

我國三相變壓器的標準連接組別Y,yn0；Y，d11；YN，d11；YN，y0；Y，y0。

Y,yn0：低壓側可引出中性線，成為三相四線制，用作配電變壓器時可兼供動力和照明負載。

Y，d11：用于低壓側超過400V的線路中。

YN，d11：用于高壓輸電線路中，使電力系統的高壓側中性點有可能接地。一、Dyn11與Yyn0的區別

三角形對星形接法，DYn11：D表示一次繞組為三角型接線，Y表示二次測繞組星型接線，n表示引出中性線，11表示二次測繞組的相角滯后一次繞組330度，用時鐘的表示方法，假設一次測繞組為中心12點時刻，那么二測繞組就在11點位置Yyn0：高壓星形連接、低壓星形連接并引出中性線；Dyn11：高壓三角形連接，低壓星形連接并引出中性線。當低壓三相負載不平衡時，低壓線圈存在零序電流，Yyn0連接的變壓器由于高壓星形連接，零序電流沒有通路，所以低壓零序電流產生零序磁通，從而感應出零序電勢，也就是說相電壓存在零序分量，使得三相相電壓失去平衡，波形失真。而在Dyn11連接的變壓器中，由于高壓是三角形連接，高壓線圈中也感應出零序電流，它所產生的零序磁通抵消低壓所產生的零序磁通，相電壓中就不存在零序分量了。所以說，Dyn11變壓器比Yyn0變壓器帶不平衡負載的能力強。但Yyn0變壓器結構要簡單些，一般在1600KVA以下小容量的的變壓器中仍然可以采用這種接法。采用Dyn11和Yyn0聯結組別是根據用戶要求確定。Dyn11與Yyn0相比優點如下：減少變壓器損耗；降低諧波分量；有利于單相接地短路故障的切除；單相不平衡負荷可充分利用。當高壓側一相熔絲熔斷時，Dyn0聯結變壓器另兩相負載仍可運行，而Yyn0聯結卻不行。目前，供配電系統的單相負載急劇增長，推廣Dyn11聯結變壓器顯得很有必要。日前，國內大部分變壓器生產廠所生產的配電變壓器（無論是油變和干變）已同國際市場接軌，多采用Ｄｙｎ11聯結組別。只是對未改造好的老系統、在更換變壓器時，個別的仍可采用Ｙｙｎ0聯結組別。第六章變壓器的運行電壓變化率用相量圖可以推導出電壓變化率的表達式：定義：是指一次側加50Hz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差，與二次額定電壓的比值，即電壓變化率是表征變壓器運行性能的重要指標之一,它大小反映了供電電壓的穩定性。式中稱為負載系數由表達式可知，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。電壓變化率1.001.0為了保證二次端電壓在允許范圍之內,通常在變壓器的高壓側設置抽頭,并裝設分接開關,調節變壓器高壓繞組的工作匝數,來調節變壓器的二次電壓。電壓調整分接開關有兩種形式：一種只能在斷電情況下進行調節，稱為無載分接開關-----這種調壓方式稱為無勵磁調壓；另一種可以在帶負荷的情況下進行調節，稱為有載分接開關-----這種調壓方式稱為有載調壓。中、小型電力變壓器一般有三個分接頭，記作UN±5%。大型電力變壓器采用五個或多個分接頭,例UN±2x2.5%或UN±8x1.5%。三相變壓器的并聯運行

負荷容量很大，一臺變壓器不能滿足要求。

負荷變化較大，用多臺變壓器并聯運行可以隨時調節投入變壓器的臺數。

可以減少變壓器的儲備容量。u1~u2~T1T2…變壓器的并聯運行并聯運行的理想條件并聯運行的優點：1、提高供電的可靠性；2、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。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；2、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流同相位。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：1、各變壓器一、二次側的額定電壓分別相等，即變比相同；2、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）的標么值相等，且短路阻抗角也相等。并聯條件不滿足時的運行分析一、變比不等時并聯運行變比不等的兩臺變壓器并聯運行時，二次空載電壓不等。折算到二次側的等效電路如圖所示。由等效電路可以列出方程式：則二次側電流為：并聯條件不滿足時的運行分析一、變比不等時并聯運行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不大于1%。當變壓器的變比不等時，在空載時，環流就存在。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。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差300，則二次線電壓差為線電壓的51.8%，由于變壓器的短路阻抗很小,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，所連接組別不同絕不允許并聯。并聯條件不滿足時的運行分析三、短路阻抗標么值不等時并聯運行由等效電路可知：等效電路如圖所示。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。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。并聯條件不滿足時的運行分析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充分利用。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。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最大容量之比不超過3：1。第七章特殊變壓器1.自耦變壓器手柄接線柱2.自耦變壓器的工作原理(1)電壓關系忽略漏阻抗，則=U1U2E1E2=N1N2=k

I降壓自耦變壓器N1N2+U1－I1E1E2－

U2＋I2

I+U2－I1E1E2－

U1＋I2升壓自耦變壓器(2)電流關系N1I1＋N2I2=

N1I0

N1I1＋N2I2=0I1=－I2N2N1I1I2N2N1=I1與I2相位相反。1k=I=

I1＋I2

公共繞組的電流忽略I0，則·

在降壓變壓器中，

I1<I2

在升壓變壓器中，I1>I2(3)功率關系變壓器容量SN=U2NI2N=U1NI1NS2=U2I