第1章 变压器课件.ppt

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1、电机与电气控制案例教程电机与电气控制案例教程 第一章第一章 变压器变压器 第一章第一章 变压器变压器 1.1案例案例1：成品变压器需要做的参数测定试验：成品变压器需要做的参数测定试验 1.1.1 【知识进阶知识进阶】变压器的基本结构与功能变压器的基本结构与功能 1.1.2 【知识进阶知识进阶】变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理 1.1.3 【知识进阶知识进阶】变压器的铭牌数据变压器的铭牌数据 1.1.4 【知识进阶知识进阶】变压器的运行特性变压器的运行特性 1.1.5 【知识进阶知识进阶】变压器的试验变压器的试验 【问题探讨问题探讨】1.2案例案例2：变压器同名端的识别：变压器同名端的识

2、别 1.2.1【知识进阶知识进阶】单相变压器绕组同名端的识别单相变压器绕组同名端的识别 1.2.2【知识进阶知识进阶】三相变压器绕组同名端的识别三相变压器绕组同名端的识别【问题探讨问题探讨】1.3案例案例3： 专门供测量用的变压器专门供测量用的变压器 1.3.1【知识进阶知识进阶】电压互感器电压互感器 1.3.2【知识进阶知识进阶】电流互感器电流互感器【问题探讨问题探讨】1.4 其他用途的变压器其他用途的变压器 1.4.1【知识进阶知识进阶】自耦变压器自耦变压器 1.4.2【知识进阶知识进阶】电焊变压器电焊变压器 【问题探讨问题探讨】1.1 案例案例1：成品变压器需要做的参数测定试验：成品变压

3、器需要做的参数测定试验 成品变压器的试验可分为例行试验、型式试验和特殊试验。成品变压器的试验可分为例行试验、型式试验和特殊试验。 例行试验也是出厂试验，是根据标准和产品技术条件规定的例行试验也是出厂试验，是根据标准和产品技术条件规定的例行试验项目，是每台变压器在产品出厂前都要进行的检查和例行试验项目，是每台变压器在产品出厂前都要进行的检查和试验，其目的在于检查设计、操作和工艺的质量。例行试验包试验，其目的在于检查设计、操作和工艺的质量。例行试验包括电压比测量、连接组标号测定、绕组直流电阻的测量、绝缘括电压比测量、连接组标号测定、绕组直流电阻的测量、绝缘电阻的测量、工频耐压试验、空载损耗及空载电

4、流的测量、感电阻的测量、工频耐压试验、空载损耗及空载电流的测量、感应耐压试验、负载损耗及短路阻抗的测量和局部放电测量等。应耐压试验、负载损耗及短路阻抗的测量和局部放电测量等。 型式试验包括雷电冲击试验和温升型式试验。型式试验包括雷电冲击试验和温升型式试验。 特殊试验是根据变压器使用或结构特点必须在标准规定项特殊试验是根据变压器使用或结构特点必须在标准规定项目之外另行增加的试验项目，主要针对典型结构产品或有目之外另行增加的试验项目，主要针对典型结构产品或有协议要求的产品进行，它包括突发短路试验、噪声试验、协议要求的产品进行，它包括突发短路试验、噪声试验、零序阻抗试验以及环境试验、耐候试验和燃烧试

5、验。零序阻抗试验以及环境试验、耐候试验和燃烧试验。 成品变压器的参数测定主要是通过例行试验中的电压比测量、成品变压器的参数测定主要是通过例行试验中的电压比测量、空载损耗及空载电流的测量、负载损耗及短路阻抗的测量等空载损耗及空载电流的测量、负载损耗及短路阻抗的测量等试验进行的，变压器的参数主要包括匝数比、励磁阻抗和短试验进行的，变压器的参数主要包括匝数比、励磁阻抗和短路阻抗等。路阻抗等。1.1.1【知识进阶知识进阶】变压器的基本结构与功能变压器的基本结构与功能 1.变压器的功能和分类变压器的功能和分类 （1）变压器的功能）变压器的功能 变压器的变换电压作用变压器的变换电压作用变压器是基于电磁感应

6、原理而工作的静止的电磁器械，在电力变压器是基于电磁感应原理而工作的静止的电磁器械，在电力系统及电源装置中有广泛的应用。它主要由铁心和线圈组成，系统及电源装置中有广泛的应用。它主要由铁心和线圈组成，通过磁的耦合作用把交流电从原边传到副边，利用绕在同一铁通过磁的耦合作用把交流电从原边传到副边，利用绕在同一铁心柱上的原绕组和副绕组匝数的不等，把原绕组的电压与电流心柱上的原绕组和副绕组匝数的不等，把原绕组的电压与电流从某种数量等级改变为副绕组的另外一种等级的电压和电流。从某种数量等级改变为副绕组的另外一种等级的电压和电流。变压器的变换电流作用变压器的变换电流作用在生产和科学试验中，往往需要测量交流电路

7、中的高电压和大在生产和科学试验中，往往需要测量交流电路中的高电压和大电流，人们先用变压器将高电压变换为低电压，大电流转变为电流，人们先用变压器将高电压变换为低电压，大电流转变为小电流，然后再用普通的仪表进行测量。这种供测量用的变压小电流，然后再用普通的仪表进行测量。这种供测量用的变压器称为仪用互感器，仪用互感器分电压互感器和电流互感器两器称为仪用互感器，仪用互感器分电压互感器和电流互感器两种，电流互感器就是利用变压器的变流作用，将大电流转变为种，电流互感器就是利用变压器的变流作用，将大电流转变为小电流进行测量和保护。小电流进行测量和保护。 变压器的变换阻抗作用变压器的变换阻抗作用在电子电路和自

8、动控制系统中常用变压器实现信号的传递以在电子电路和自动控制系统中常用变压器实现信号的传递以及进行阻抗匹配和阻抗变换的作用。例如脉冲变压器、输入及进行阻抗匹配和阻抗变换的作用。例如脉冲变压器、输入变压器、输出变压器等。变压器、输出变压器等。 （2）变压器的分类）变压器的分类除电力变压器外，还有供特殊电源用的变压器，如电炉变压除电力变压器外，还有供特殊电源用的变压器，如电炉变压器、整流变压器、电焊变压器等；供测量用的变压器，如电器、整流变压器、电焊变压器等；供测量用的变压器，如电压互感器、电流互感器；以及其它变压器，如高压试验用变压互感器、电流互感器；以及其它变压器，如高压试验用变压器，自动控制系

9、统中的小功率变压器等。压器，自动控制系统中的小功率变压器等。 变压器按相数可分为单相变压器、三相变压器和多相变压器；变压器按相数可分为单相变压器、三相变压器和多相变压器； 变压器按绕组数目可分为双绕组变压器、三绕组变压器、多变压器按绕组数目可分为双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器；绕组变压器和自耦变压器；变压器按冷却方式可分为油浸式变压器、充气式变压器和干式变压器按冷却方式可分为油浸式变压器、充气式变压器和干式变压器。油浸式变压器又可分为油浸自冷式、油浸风冷式和强迫变压器。油浸式变压器又可分为油浸自冷式、油浸风冷式和强迫油循环变压器。油循环变压器。2.变压器的基本结构变压器的

10、基本结构变压器的主要部件是变压器的主要部件是铁心和绕组铁心和绕组 铁心是磁路部分，绕组是电路部分。铁心和绕组构成变压器的铁心是磁路部分，绕组是电路部分。铁心和绕组构成变压器的主体，它们装配在一起，称为变压器的器身。油浸式变压器还主体，它们装配在一起，称为变压器的器身。油浸式变压器还有油箱及其它附件。三相油浸自冷式变压器，如图有油箱及其它附件。三相油浸自冷式变压器，如图1-1所示。所示。1-信号式温度计信号式温度计2-吸湿器；吸湿器；3-储油柜；储油柜；4-油表；油表；5-安全气道；安全气道；6-气体继电器；气体继电器；7-高压套管；高压套管；8-低压套管；低压套管；9-分接开关；分接开关；10

11、-油箱；油箱；11-铁心；铁心；12-线圈；线圈；13-放油阀门放油阀门图图1-1 油浸式电力变压器油浸式电力变压器（1）铁心）铁心变压器是铁心是由变压器是铁心是由0.28 0.35mm厚的硅钢片叠成的厚的硅钢片叠成的如图如图1-2所示所示 图图1-2 硅钢片的排法硅钢片的排法(a)奇数层叠片；奇数层叠片；(b)偶数层叠片偶数层叠片 现在多采用全斜接缝，避免磁力线与硅钢片辗压方向直交，现在多采用全斜接缝，避免磁力线与硅钢片辗压方向直交，因为顺轧制方向有较高磁导率和较小损因为顺轧制方向有较高磁导率和较小损 耗，这样可使空载耗，这样可使空载电流降低电流降低20 30，铁心损耗降低，铁心损耗降低71

12、0。叠片的。叠片的全斜接缝，如图全斜接缝，如图1-3所示。所示。 图图1-3 斜接缝叠片的排法斜接缝叠片的排法(a)奇数层叠片；奇数层叠片；(b)偶数层叠片偶数层叠片小型变压器的铁心柱截面是方形或矩形的，大型变压器的小型变压器的铁心柱截面是方形或矩形的，大型变压器的铁心柱截面是阶梯形状的，如图铁心柱截面是阶梯形状的，如图1-4所示。铁心柱套装绕组，所示。铁心柱套装绕组，连接铁心柱的部分称为磁轭。磁轭的截面比铁心柱的截面连接铁心柱的部分称为磁轭。磁轭的截面比铁心柱的截面大大5 10，以减小空载电流和空载损耗。，以减小空载电流和空载损耗。图图1-4 铁心柱截面铁心柱截面(a) 大型铁心柱截面；大型

13、铁心柱截面；(b) 小型铁心柱截面小型铁心柱截面（2）绕组）绕组 变压器的绕组是在绝缘筒上用铜线或铝线绕成，并要很好变压器的绕组是在绝缘筒上用铜线或铝线绕成，并要很好地进行绝缘地进行绝缘 高压绕组：高压绕组：电压高的线圈；电压高的线圈；低压绕组：低压绕组：电压低的线圈电压低的线圈结构形式：结构形式：可分为可分为同心式绕组和交叠式绕组同心式绕组和交叠式绕组 同心式绕组结构简单，制造方便，电力变压器均采用这种结构。同心式绕组结构简单，制造方便，电力变压器均采用这种结构。绕组套在铁心柱外面的称为心式变压器，如图绕组套在铁心柱外面的称为心式变压器，如图1-5所示。所示。图图1-5 心式变压器心式变压器

14、(a)单相心式变压器；单相心式变压器；(b)三相心式变压器三相心式变压器1-铁心柱；铁心柱；2-铁轭；铁轭；3-高压绕组；高压绕组；4-低压绕组低压绕组（3）油箱及其附件）油箱及其附件 变压器的器身放置在装有变压器油的油箱内。在变压器的油箱变压器的器身放置在装有变压器油的油箱内。在变压器的油箱上装有储油柜（也称油枕），它通过连通管与油箱相通。上装有储油柜（也称油枕），它通过连通管与油箱相通。 储油柜上装有吸湿器，吸湿器中装有氯化钙或硅胶等干燥剂，储油柜上装有吸湿器，吸湿器中装有氯化钙或硅胶等干燥剂，以防止潮气进入储油柜。储油柜的底部还装有放水塞，以便定以防止潮气进入储油柜。储油柜的底部还装有放

15、水塞，以便定期排除水和沉淀杂物。为了观察油面的变化，在储油柜的一侧期排除水和沉淀杂物。为了观察油面的变化，在储油柜的一侧装有油位计，上面标有允许的最高和最低油面线。容量在装有油位计，上面标有允许的最高和最低油面线。容量在3150KVA3150KVA及以上的变压器装有净油器。净油器是一个金属圆桶，及以上的变压器装有净油器。净油器是一个金属圆桶，里面装有吸附剂，两端通过法兰与油箱上下部接通。它是利用里面装有吸附剂，两端通过法兰与油箱上下部接通。它是利用上层与下层油之间的温差，使变压器油经净油器形成对流，油上层与下层油之间的温差，使变压器油经净油器形成对流，油与吸附剂接触后，其水分和杂质被吸附，从而

16、保持油的清洁，与吸附剂接触后，其水分和杂质被吸附，从而保持油的清洁，延长油的使用年限。储油柜、吸湿器和净油器为油的保护装置。延长油的使用年限。储油柜、吸湿器和净油器为油的保护装置。在油箱和储油柜的连通管中装有气体继电器。当变压器内部在油箱和储油柜的连通管中装有气体继电器。当变压器内部发生故障时，产生气体使气体继电器动作，发出信号，示意发生故障时，产生气体使气体继电器动作，发出信号，示意工作人员及时处理或令其开关跳闸。容量在工作人员及时处理或令其开关跳闸。容量在800800以上的变压器，以上的变压器，油箱盖上装有防爆管，其管口用油箱盖上装有防爆管，其管口用3 5mm厚的玻璃片封住。厚的玻璃片封住

17、。当变压器内部发生故障，保护装置失灵时，箱内产生大量气当变压器内部发生故障，保护装置失灵时，箱内产生大量气体将冲破玻璃片喷出，不致损坏箱体。最近生产的变压器采体将冲破玻璃片喷出，不致损坏箱体。最近生产的变压器采用压力释放阀代替防爆管，当内部故障引起压力升高时，压用压力释放阀代替防爆管，当内部故障引起压力升高时，压力释放阀动作，接通接点报警或令开关跳闸。气体继电器、力释放阀动作，接通接点报警或令开关跳闸。气体继电器、防爆管和压力释放阀为安全保护装置。防爆管和压力释放阀为安全保护装置。变压器绕组的引出线是通过箱盖上的瓷质绝缘套管引出的。电压变压器绕组的引出线是通过箱盖上的瓷质绝缘套管引出的。电压等

18、级不同，绝缘套管的型式也不同，等级不同，绝缘套管的型式也不同，10 10 35KV35KV及以上采用电容及以上采用电容式套管。为了增加表面放电距离，高压套管外部做成多级伞形，式套管。为了增加表面放电距离，高压套管外部做成多级伞形，电压愈高、级数愈多。电压愈高、级数愈多。变压器油箱上还装有分接开关。由于变压器接在电网上的不同地变压器油箱上还装有分接开关。由于变压器接在电网上的不同地点，电网电压可能偏离额定值。为了适应各点不同的电网电压，点，电网电压可能偏离额定值。为了适应各点不同的电网电压，高压绕组有抽头引出，借分接开关改变高压绕组的匝数，从而使高压绕组有抽头引出，借分接开关改变高压绕组的匝数，

19、从而使输出电压接近额定值。容量在输出电压接近额定值。容量在1800KVA及以下的变压器，一般及以下的变压器，一般有三个抽头；容量再大的变压器一般有五个抽头。分接开关可分有三个抽头；容量再大的变压器一般有五个抽头。分接开关可分为无励磁调压分接开关和有载调压分接开关。无励磁调压分接开为无励磁调压分接开关和有载调压分接开关。无励磁调压分接开关的原理如图关的原理如图1-6所示。无励磁调压分接开关不经常操作，且只所示。无励磁调压分接开关不经常操作，且只许在变压器开路时操作。电网电压偏高时，调至匝数多的一挡；许在变压器开路时操作。电网电压偏高时，调至匝数多的一挡；电网电压偏低时，调至匝数少的一挡。电网电压

20、偏低时，调至匝数少的一挡。图图1-6 无励磁调压分接开关的原理图无励磁调压分接开关的原理图除油浸式变压器外，还有全密封变压器、干式变压器等除油浸式变压器外，还有全密封变压器、干式变压器等 环氧浇注式干式变压器的外形结构见图环氧浇注式干式变压器的外形结构见图1-7、图、图1-8、图、图1-9、图图1-10、图、图1-11、图、图1-12所示。所示。图图1-7 带帘式风机的带帘式风机的1000kVA的干式变压器的干式变压器图图1-8 带离心式通风机的带离心式通风机的16000kVA的干式变压器的干式变压器图图1-9 单相单相800kVA的发电机励磁干式变压器的发电机励磁干式变压器 图图1-10 2

21、500kVA的牵引整流干式变压器的牵引整流干式变压器图图1-11 低压电流为低压电流为2000A的电炉干式变压器的电炉干式变压器图图1-12 海上平台用海上平台用1000kVA的干式变压器的干式变压器1.1.2【知识进阶知识进阶】变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理 变压器依据电磁感应原理工作，它的基本工作原理可以用变压器依据电磁感应原理工作，它的基本工作原理可以用图图1-13说明。说明。 图图1-13 单相变压器的工作原理图单相变压器的工作原理图 这个单相变压器由一个闭合的铁心和套在其上的两个绕组构这个单相变压器由一个闭合的铁心和套在其上的两个绕组构成。这两个绕组彼此绝缘。成。这两个绕组

22、彼此绝缘。 其中，与电源连接的绕组称为其中，与电源连接的绕组称为原绕组原绕组，也称为，也称为一次绕组或原一次绕组或原边边；与负载连接的绕组称为副绕组，也称为；与负载连接的绕组称为副绕组，也称为二次绕组或副边二次绕组或副边。 将原绕组的两个出线端与单相交流电源连接，原绕组中便流将原绕组的两个出线端与单相交流电源连接，原绕组中便流过交流电流，该电流在铁心中生成与电源频率相同的交变磁过交流电流，该电流在铁心中生成与电源频率相同的交变磁通，此交变磁通同时链过原、副绕组。据电磁感应原理，原、通，此交变磁通同时链过原、副绕组。据电磁感应原理，原、副绕组中将分别感应出交变电动势。将副绕组的两个出线端副绕组中

23、将分别感应出交变电动势。将副绕组的两个出线端与负载连接，负载就有交流电流通过。与负载连接，负载就有交流电流通过。 1u1e设设、分别为原绕组的电压、感应电动势瞬时值，分别为原绕组的电压、感应电动势瞬时值，2u2e、分别为副绕组的电压、感应电动势瞬时值，分别为副绕组的电压、感应电动势瞬时值，1N2N、分别为原绕组、副绕组的匝数，分别为原绕组、副绕组的匝数，为铁心中同时链过原、副绕组的磁通。为铁心中同时链过原、副绕组的磁通。如果单相变压器副绕组的两个出线端不与负载连接并忽略数值如果单相变压器副绕组的两个出线端不与负载连接并忽略数值很小的原绕组电阻、电抗，可以得出下面的瞬时值方程式：很小的原绕组电阻

24、、电抗，可以得出下面的瞬时值方程式： 11eu22eu其中，依据电磁感应定律有：其中，依据电磁感应定律有：11ddeNt 22ddeNt 综上可得下面的公式：综上可得下面的公式：11dduNt22dduNt 111222ueNkueN则有：则有：k1N2N称为变压器的变压比，其大小是由变压器的结构参数称为变压器的变压比，其大小是由变压器的结构参数、所决定的。所决定的。 综上所述，变压器以原、副绕组能同时链过铁心中同一变化磁通综上所述，变压器以原、副绕组能同时链过铁心中同一变化磁通的特有结构，利用电磁感应原理，将原绕组吸收电源的电能传送的特有结构，利用电磁感应原理，将原绕组吸收电源的电能传送给副

25、绕组所连接的负载，来实现能量的传送，使匝数不同的原、给副绕组所连接的负载，来实现能量的传送，使匝数不同的原、副绕组中感应出大小不等的电动势来实现电压等级变换，这就是副绕组中感应出大小不等的电动势来实现电压等级变换，这就是变压器的基本工作原理。变压器的基本工作原理。1.单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行变压器的空载运行，是指变压器的原绕组接在交流电压的电变压器的空载运行，是指变压器的原绕组接在交流电压的电网上，副绕组开路的运行状态。单相变压器空载运行的原理网上，副绕组开路的运行状态。单相变压器空载运行的原理如图如图1-14所示。所示。图图1-14 单相变压器空载运行的原理图单相变压器空载运

26、行的原理图 （1）空载运行的电磁关系）空载运行的电磁关系0I当原绕组接交流电源时，原绕组中有电流；副绕组开路，当原绕组接交流电源时，原绕组中有电流；副绕组开路，无电流通过。空载时原绕组中的电流无电流通过。空载时原绕组中的电流 称为空载电流。称为空载电流。0I01I N产生磁势产生磁势 并建立交变磁场。由于变压器的铁心并建立交变磁场。由于变压器的铁心采用高导磁的硅钢片叠成，所以绝大部分磁通经铁心闭采用高导磁的硅钢片叠成，所以绝大部分磁通经铁心闭合，这部分磁通称为合，这部分磁通称为主磁通，主磁通，用用 表示；表示；1 有少量磁通经油和空气闭合，这部分磁通称为漏磁通，原边的有少量磁通经油和空气闭合，

27、这部分磁通称为漏磁通，原边的漏磁通用漏磁通用 表示。表示。根据电磁感应定律可知，交变的磁通将在原、副绕组中产生根据电磁感应定律可知，交变的磁通将在原、副绕组中产生感应电势：感应电势： 按惯例规定正方向，如图按惯例规定正方向，如图1-14所示：所示： 电压降的正方向与电流的正方向一致；电压降的正方向与电流的正方向一致；磁通的正方向与产生该磁通的电流的正方向之间符合右手螺旋磁通的正方向与产生该磁通的电流的正方向之间符合右手螺旋定则；定则；感应电动势的正方向与磁通的正方向之间符合右手螺旋关系。感应电动势的正方向与磁通的正方向之间符合右手螺旋关系。当原边电压按正弦规律变化时，则磁通中也按正弦规律变化。

28、当原边电压按正弦规律变化时，则磁通中也按正弦规律变化。原、副绕组中感应电势的有效值为原、副绕组中感应电势的有效值为 ：1m1m11m1m24.44222ENfENfN2m22m4.442EEfN以相量表示以相量表示 m114.44EjfN m224.44EjfN 1E2Em上式表示，上式表示， 与与 在相位上比在相位上比 落后落后90。1e同理可得原绕组的漏磁通感应电势同理可得原绕组的漏磁通感应电势 的有效值为：的有效值为：11 om01012EL IILI X1E可用电抗压降的形式表示可用电抗压降的形式表示 101Ej I X （2）变压器空载运行时的方程式、相量图和等值电路）变压器空载运行

29、时的方程式、相量图和等值电路按图按图1-14所标正方向，根据基尔霍夫第二定律，可以列出原绕组所标正方向，根据基尔霍夫第二定律，可以列出原绕组的电压平衡方程式为的电压平衡方程式为1111010101UI REEI Rj I XE空载时副边开路，其电压平衡方程式为空载时副边开路，其电压平衡方程式为 220UE在电力变压器运行中，空载时原绕组的电阻压降和漏电抗压在电力变压器运行中，空载时原绕组的电阻压降和漏电抗压降都很小，一般两项之和不超过外施电压的降都很小，一般两项之和不超过外施电压的0.5。在原边。在原边电压平衡方程式中，若忽略漏阻抗压降，则原边电压平衡方电压平衡方程式中，若忽略漏阻抗压降，则原

30、边电压平衡方程式变为程式变为11UE 11UE或或则可以得出原、副边的电压之比为则可以得出原、副边的电压之比为 111122022UUENkUUEN说明，说明，变压器运行时，原、副边的电压之比等于原、副绕组变压器运行时，原、副边的电压之比等于原、副绕组的匝数之比。的匝数之比。k变压器能改变电压是由于原、副绕组的匝数不同。变压器能改变电压是由于原、副绕组的匝数不同。变比变比 是变压器中一个很重要的参数。是变压器中一个很重要的参数。 12NN12UU12UU12NN若若 ，则，则 ，是降压变压器；，是降压变压器；若若 ， 则则 ，是升压变压器。，是升压变压器。 变压器空载时的相变压器空载时的相量图

31、，可根据电压平量图，可根据电压平衡方程式作出，如图衡方程式作出，如图1-15所示。所示。 图图1-15 变压器空载时的相量图变压器空载时的相量图变压器的等值电路，就是用简单的交流电路来代替变压器中那变压器的等值电路，就是用简单的交流电路来代替变压器中那种复杂的电磁耦合关系。种复杂的电磁耦合关系。励磁阻抗励磁阻抗mmmZRjX 变压器空载时的等值电路，如图变压器空载时的等值电路，如图1-16所示。所示。 图图1-16 空载时的等值电路空载时的等值电路 2.单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行 变压器的原绕组接交流电源，副绕组接上负载阻抗，这样的变压器的原绕组接交流电源，副绕组接上负载阻抗，这

32、样的运行状态称为负载运行。变压器的负载运行如图运行状态称为负载运行。变压器的负载运行如图1-17所示。所示。 图图1-17 变压器的负载运行原理图变压器的负载运行原理图（1）电压平衡方程式）电压平衡方程式 根据基尔霍夫第二定律，可分别列出原绕组与副绕组的电压根据基尔霍夫第二定律，可分别列出原绕组与副绕组的电压平衡方程式。原边各量角标为平衡方程式。原边各量角标为1，副边各量加角标，副边各量加角标2，原、副，原、副边的电压方程式如下：边的电压方程式如下： 111111111UI Rj I XEI ZE222222222UEI Rj I XEI Z 变压器因负载时漏阻抗压降对端电压来说也是很小的，所

33、以变压器因负载时漏阻抗压降对端电压来说也是很小的，所以负载时仍可认为负载时仍可认为 11UE 22UE于是可以得出，于是可以得出，变压器负载时的电压比近似等于电势比，等于变压器负载时的电压比近似等于电势比，等于匝数比，匝数比，有有111222UENkUEN（2）磁势平衡方程式）磁势平衡方程式1U1212I NI N01I N 变压器通常工作在电压和频率不变的电网上，变压器通常工作在电压和频率不变的电网上， 等于常值。等于常值。从空载到负载时，主磁通基本不变，则空载时产生主磁通的从空载到负载时，主磁通基本不变，则空载时产生主磁通的磁势磁势 与负载时产生主磁通的磁势（与负载时产生主磁通的磁势（ ）

34、应相）应相等，即等，即120121I NI NI N102112()I NI NI N 或或还可把磁势方程写成电流的形式还可把磁势方程写成电流的形式 21021()NIIIN 1I0I221NIN上式表明，原绕组中的电流上式表明，原绕组中的电流有两个分量：一个是空载电流有两个分量：一个是空载电流；另一个是负载电流分量（；另一个是负载电流分量（）。）。 0I变压器负载运行时，空载电流变压器负载运行时，空载电流相对于原、副边电流来说很小，相对于原、副边电流来说很小，若忽略若忽略不计，由磁势方程式得出不计，由磁势方程式得出2121NIIN12211ININk或或上式说明，上式说明，原、副绕组的电流之

35、比等于原、副绕组匝数的反比。原、副绕组的电流之比等于原、副绕组匝数的反比。 综合变压器各电磁量的相互关系，可以得到变压器负载时稳态综合变压器各电磁量的相互关系，可以得到变压器负载时稳态运行的一组方程式为运行的一组方程式为 ：111122221201211210m22LUI ZEUEI ZI NI NI NEkEEI ZUI Z（3）变压器负载时的相量图）变压器负载时的相量图假定已知负载假定已知负载情况和变压器情况和变压器的参数，即可的参数，即可作出感性负载作出感性负载和容性负载时和容性负载时的相量图，见的相量图，见图图1-18和图和图1-19所示。所示。 图图1-18 变压器感性负载时的相量图

36、变压器感性负载时的相量图图图1-19 变压器容性负载时的相量图变压器容性负载时的相量图 由上面两个相量图可以看出：感性负载时，二次电压比二次由上面两个相量图可以看出：感性负载时，二次电压比二次电势要低，即比空载时电压要低；容性负载时，二次电压有电势要低，即比空载时电压要低；容性负载时，二次电压有可能比二次电势要高，即比空载电压要高。可能比二次电势要高，即比空载电压要高。 （4）变压器的等值电路）变压器的等值电路 折算以后，变压器的折算以后，变压器的基本方程式变为基本方程式变为111122221021210m22LUI ZEUEI ZIIIEEEI ZUI Z根据折算以后变压器的基本方程式，得出

37、变压器的根据折算以后变压器的基本方程式，得出变压器的T形等值电形等值电路，如图路，如图1-20所示。也可以用数学方法推导出变压器的等值所示。也可以用数学方法推导出变压器的等值电路。电路。图图1-20 变压器的变压器的T形等值电路形等值电路简化等值电路，如图简化等值电路，如图1-21所示。所示。用简化等值电路分析和计算变压器的负载运行问题时，比用简化等值电路分析和计算变压器的负载运行问题时，比T形形等值电路简单得多，且能满足工程上的准确度的要求。等值电路简单得多，且能满足工程上的准确度的要求。图图1-21 变压器的简化等值电路变压器的简化等值电路1.1.3【知识进阶知识进阶】变压器的铭牌数据变压

38、器的铭牌数据1.变压器的型号变压器的型号变压器的型号说明变压器的系列型式和产品规格。变压器的型变压器的型号说明变压器的系列型式和产品规格。变压器的型号是由字母和数字组成的：第一个字母表示相数，后面的字母号是由字母和数字组成的：第一个字母表示相数，后面的字母分别表示导线材料、冷却介质和方式等；斜线前边的数字表示分别表示导线材料、冷却介质和方式等；斜线前边的数字表示额定容量（额定容量（KVAKVA），斜线后边的数字表示高压绕组的额定电压），斜线后边的数字表示高压绕组的额定电压（KV ）。）。例如，例如，SL7-1000/10表明该变压器为三相矿物油浸自冷式双绕表明该变压器为三相矿物油浸自冷式双绕组

39、铝线无励磁调压、第组铝线无励磁调压、第7次统一设计、额定容量为次统一设计、额定容量为1000KVA，高压边额定电压为高压边额定电压为10KV。 新标准的中小型变压器的容量等级为：新标准的中小型变压器的容量等级为：10，20，30，50，63，80，100，125，160，200，250，315，400，500，630，800， 1000， 1250， 1600，2000，2500，3150，4000，5000，6300 KVA。2.2.变压器的额定值变压器的额定值变压器的额定值是制造厂家设计制造变压器和用户安全合理地使变压器的额定值是制造厂家设计制造变压器和用户安全合理地使用变压器的依据。用变

40、压器的依据。变压器的额定值主要有：变压器的额定值主要有：额定容量、额定电压、额定电流及额额定容量、额定电压、额定电流及额定频率定频率等等。等等。(1)额定容量额定容量SN：是指变压器的视在功率，对三相变压器是指是指变压器的视在功率，对三相变压器是指三相容量之和。由于变压器效率很高，可以近似地认为高、三相容量之和。由于变压器效率很高，可以近似地认为高、低压侧容量相等。额定容量的单位是低压侧容量相等。额定容量的单位是 VA或或KVA。(2)额定电压额定电压U1N/U2N：是指变压器空载时，各绕组端头电压的是指变压器空载时，各绕组端头电压的保证值，对三相变压器而言，指的是线电压，单位是保证值，对三相

41、变压器而言，指的是线电压，单位是V或或KV 。(3)额定电流额定电流 ：是指变压器允许长期通过的电流，单是指变压器允许长期通过的电流，单位是位是A。1N2N/II额定电流可以由额定容量和额定电压计算：额定电流可以由额定容量和额定电压计算： 对于单相变压器对于单相变压器 N1N1NSIUN2N2NSIU对于三相变压器对于三相变压器 N1N1N3SIUN2N2N3SIU(4)额定频率额定频率fN： 我国规定标准工业用频率为我国规定标准工业用频率为50HZ。除上述额定值外，变压器的铭牌上还标有变压器的相数、连接除上述额定值外，变压器的铭牌上还标有变压器的相数、连接组和接线图、短路电压（或短路阻抗）的

42、百分值、变压器的运组和接线图、短路电压（或短路阻抗）的百分值、变压器的运行及冷却方式等。为了考虑运输和吊心，还标出变压器的总质行及冷却方式等。为了考虑运输和吊心，还标出变压器的总质量、油质量、器身的质量等。量、油质量、器身的质量等。1.1.4【知识进阶知识进阶】变压器的运行特性变压器的运行特性 变压器的运行特性主要是指变压器的外特性和效率特性，变压器的运行特性主要是指变压器的外特性和效率特性，其运行的主要指标是指电压变化率和效率。其运行的主要指标是指电压变化率和效率。 1.电压变化率和外特性电压变化率和外特性 变压器在负载运行时，由于变压器内部存在电阻和漏抗，负变压器在负载运行时，由于变压器内

43、部存在电阻和漏抗，负载电流流过变压器的内部将产生漏阻抗压降，因而使副边端电载电流流过变压器的内部将产生漏阻抗压降，因而使副边端电压随负载电流的变化而发生变化。压随负载电流的变化而发生变化。 副边端电压随负载变化的程度用副边端电压随负载变化的程度用电压变化率电压变化率表示。表示。 电压变化率电压变化率 规定为：原边为额定电压及负载功率因规定为：原边为额定电压及负载功率因数为一定，空载与负载时副边电压之差（数为一定，空载与负载时副边电压之差（ ）对）对额定电压额定电压 的百分比，即的百分比，即 %U202UU2NU2022N21N22N2N1N%100%100%100%UUUUUUUUUU电压变化

44、率与变压器的参数、负载的大小和性质有关。当负载较电压变化率与变压器的参数、负载的大小和性质有关。当负载较大时，忽略励磁电流，可以用简化等值电路推导出来，有大时，忽略励磁电流，可以用简化等值电路推导出来，有1Nk21Nk21Ncossin%100%IRIXUU11NII式中，式中， -变压器的负载系数，变压器的负载系数， %U的大小与三个因素有关：的大小与三个因素有关： 与变压器的负载电流有关，即与负载系数与变压器的负载电流有关，即与负载系数 成正比成正比 ；与变压器的负载性质有关，即与负载的功率因数角与变压器的负载性质有关，即与负载的功率因数角 有关有关 2与变压器的阻抗参数有关。与变压器的阻

45、抗参数有关。 变压器的外特性变压器的外特性 ：当电压为当电压为 ， 为常数，变压器副绕组的端电压为常数，变压器副绕组的端电压 随负载电流的变化关系随负载电流的变化关系 ，即，即 。1NU2cos2U22()Uf I外特性曲线，可以用公式计算或用实验测定，外特性曲线如图外特性曲线，可以用公式计算或用实验测定，外特性曲线如图1-22所示。所示。图图1-22 变压器的外特性曲线变压器的外特性曲线1容性容性2阻性阻性3感性感性 2. 效率和效率特性效率和效率特性 变压器的效率为输出功率与输人功率之比的百分数，即变压器的效率为输出功率与输人功率之比的百分数，即21100%PP工程上，一般采用间接法，通过

46、测量变压器的损耗来间接计工程上，一般采用间接法，通过测量变压器的损耗来间接计算出效率。可以证明：算出效率。可以证明：20k7521211N20k75100%100%1100%cosPPPPpPPSPP可以看出，变压器的效率与损耗、负载大小及负载性质有关。可以看出，变压器的效率与损耗、负载大小及负载性质有关。 功率因数功率因数 为常值时，效率随着负载系数为常值时，效率随着负载系数 而变化，而变化，我们把我们把 的关系称为的关系称为效率特性。效率特性。2cos( )f变压器的效率特性曲线如图变压器的效率特性曲线如图1-23所示。所示。图图1-23 变压器的效率特性曲线变压器的效率特性曲线1.1.5

47、【知识进阶知识进阶】变压器的试验变压器的试验 变压器的空载试验和短路试验是变压器试验的主要项目。变压器的空载试验和短路试验是变压器试验的主要项目。变压器的等值电路参数，可以由变压器的空载试验和短路试变压器的等值电路参数，可以由变压器的空载试验和短路试验的数据来进行计算。验的数据来进行计算。 1.空载试验空载试验 变压器空载试验的目的是测定变比变压器空载试验的目的是测定变比 、空载电流、空载电流 和和空载功率空载功率 ，并计算励磁参数，并计算励磁参数 和和k0I0PmRmX空载试验的接线图如图空载试验的接线图如图1-24所示。所示。 如原边电压不是很高时，可在原边加电压，副边开路；若原边如原边电

48、压不是很高时，可在原边加电压，副边开路；若原边电压很高，为了试验的安全和仪表选择的方便，可在低压边加电压很高，为了试验的安全和仪表选择的方便，可在低压边加电压，高压边开路。电压，高压边开路。图图1-24 变压器空载试验的接线图变压器空载试验的接线图1U试验时所加电压，为该边的额定电压值，测量试验时所加电压，为该边的额定电压值，测量 、 、 和和 1U20U0I0P 画出画出 和和 的曲线，从曲线上找出对的曲线，从曲线上找出对应于额定电压时的应于额定电压时的 和和 的值。的值。01()If U01()Pf U0I0P如电压加在高压侧，则变比为如电压加在高压侧，则变比为1N20UkU根据测得根据测

49、得 、 和和 ，可计算变压器的励磁阻抗，可计算变压器的励磁阻抗1NU0I0P1Nm00UZZI由于空载由于空载 时很小，时很小， 在绕组中产生的电阻损耗在绕组中产生的电阻损耗 与铁与铁心损耗心损耗 相比小得多，故铁心损耗相比小得多，故铁心损耗 。0I0I201I RFepFe0pPFe02200mpPRII励磁电抗为励磁电抗为励磁电阻为励磁电阻为22mmmXZR2. 短路试验短路试验 短路试验的目的是测定短路电压、短路损耗，计算短路阻抗短路试验的目的是测定短路电压、短路损耗，计算短路阻抗和阻抗电压和阻抗电压 短路试验的接线图如图短路试验的接线图如图1-25所示。所示。 图图1-25 变压器短路

50、试验接线图变压器短路试验接线图 可以根据短路试验的短路电压可以根据短路试验的短路电压 和短路电流和短路电流 ，计算短路阻抗为计算短路阻抗为 kU1NIkk1NUZI短路试验功率基本上是两个绕组的铜损，短路电阻短路试验功率基本上是两个绕组的铜损，短路电阻 k12RRR可由短路试验功率算出，即可由短路试验功率算出，即 kk21NPRI短路电抗短路电抗 k12XXXkX可由下式求出可由下式求出 22kkkXZR作变压器的作变压器的T形等值电路时，需将原边与副边的参数分别求出，形等值电路时，需将原边与副边的参数分别求出，可近似按下列关系计算，即可近似按下列关系计算，即12k12k12k121212ZZ