变压器基本原理（衡变20101011）.ppt

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1、变压器基本原理（衡变20101011）Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望主要内容主要内容n 变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理n 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行n 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行n 变压器参数的试验测定变压器参数的试验测定n 变压器的标么值变压器的标么值n 变压器的工作特性变压器的工作特性n 三相变压器三相变压器n 变压器的并联运行变压器的并联运行n 其它用途变压器其它用途变压器变压器定义及分类变压器定义及分类

2、变压器变压器是一种静止的电气设备，是一种静止的电气设备，根据根据电磁感应原理电磁感应原理，将一种形态（将一种形态（电压、电流、相数电压、电流、相数）的交流电能，）的交流电能，转换转换成另一种形态的成另一种形态的交流电能交流电能。电力变压器电力变压器（升压、降压、配电）（升压、降压、配电）特种变压器特种变压器（电炉、整流）（电炉、整流）仪用互感器仪用互感器（电压、电流互感器、（电压、电流互感器、脉冲变压器，阻抗脉冲变压器，阻抗匹配变压器）匹配变压器）实验用变压器实验用变压器（高压、调压）（高压、调压）也可按也可按线圈数目、铁心线圈数目、铁心结构、相数或变压器冷结构、相数或变压器冷却方式却方式划分

3、划分按按用途用途1 变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理电源变压器电源变压器电力变压器电力变压器环形变压器环形变压器接触调压器接触调压器控制变压器控制变压器三相干式变压器三相干式变压器简单的单相变压器：简单的单相变压器：两个线圈没有两个线圈没有电的直接联系，电的直接联系，只有磁的耦合只有磁的耦合原绕组原绕组（一次绕或初级绕组）：两个线（一次绕或初级绕组）：两个线圈中接交流电源的线圈，圈中接交流电源的线圈，其匝数为其匝数为N1副绕组副绕组（二次绕组或次级绕组）：（二次绕组或次级绕组）：接到接到用电设备上的线圈，其匝数为用电设备上的线圈，其匝数为N2交变磁通同时与原、副绕组交链，在原、副绕组内

4、感应电动势交变磁通同时与原、副绕组交链，在原、副绕组内感应电动势变压器变压器原、副边电势之比及电压之比原、副边电势之比及电压之比等于等于原、副边匝数之比原、副边匝数之比一、一、单相变压器的基本工作原理单相变压器的基本工作原理二、单相变压器的基本结构二、单相变压器的基本结构变压器的主要结构：变压器的主要结构：铁心和绕组铁心和绕组l 铁心是变压器的磁路部分铁心是变压器的磁路部分l 绕组是变压器的电路部分绕组是变压器的电路部分 铁心通常用铁心通常用0.35mm厚表面涂有绝缘漆的厚表面涂有绝缘漆的硅钢片硅钢片冲成一定的形状叠制而成冲成一定的形状叠制而成 铁心结构铁心结构单相壳式变压器单相壳式变压器心式

5、变压器迭片心式变压器迭片奇数层奇数层偶数层偶数层心式冷轧硅钢片迭片心式冷轧硅钢片迭片 绕组绕组 绕组是变压器的电路部分，一般为绕组是变压器的电路部分，一般为绝缘扁铜线或绝缘圆绝缘扁铜线或绝缘圆铜线铜线在绕线模上绕制而成在绕线模上绕制而成单相和三相芯式变压器单相和三相芯式变压器 变压器其它附件变压器其它附件温度计；吸湿器，储油温度计；吸湿器，储油柜；油表；安全气道；柜；油表；安全气道；气体继电器；高压套管；气体继电器；高压套管；低压套管；分接开关；低压套管；分接开关；油箱等等油箱等等三、额定数据三、额定数据额定容量额定容量SN：额定工作状态下的视在功率，用伏安（额定工作状态下的视在功率，用伏安（

6、VA）等表示）等表示额定电压额定电压U1N/U2N:U1N是电源加到原绕组上的额定电压，是电源加到原绕组上的额定电压，U2N是原边是原边绕组加上额定电压后副边开路即空载时副绕组的端电压绕组加上额定电压后副边开路即空载时副绕组的端电压额定电流额定电流I1N、I2N：变压器额定容量分别除以原、副边额定电压所计变压器额定容量分别除以原、副边额定电压所计算出来的线电流值算出来的线电流值额定频率：额定频率：按我国规定，工业用电按我国规定，工业用电50Hz单相：单相：三相：三相：2 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行变压器空载运行：变压器空载运行：变压器的原绕组加上额定电压，副绕组开路变压器的原绕组

7、加上额定电压，副绕组开路几个概念：几个概念：空载电流、励磁磁势、主磁通、漏磁通空载电流、励磁磁势、主磁通、漏磁通以及正方向以及正方向的确定的确定I 0 二、空载电流二、空载电流(忽略空载损耗忽略空载损耗)空载运行时，空载运行时，原边绕组中流过的电流原边绕组中流过的电流i0，称为称为空载电流空载电流 变压器中磁性材料的磁化曲线为非线性，变压器中磁性材料的磁化曲线为非线性，在一定电压下，在一定电压下，空载电流大小、波形取决于饱和度空载电流大小、波形取决于饱和度 l 忽略空载损耗忽略空载损耗（1）当主磁通为正弦波时，）当主磁通为正弦波时，磁路磁路越饱和，越饱和，电流波形畸变电流波形畸变严重严重（2）

8、空载电流与主磁通）空载电流与主磁通同相位同相位 iu 建立空载运行时的磁场建立空载运行时的磁场空载电流空载电流iFe 引起损耗引起损耗 空载电流（空载电流（考虑空载损耗考虑空载损耗）l 考虑空载损耗时考虑空载损耗时（1）考虑铁耗）考虑铁耗(包含磁滞、涡流包含磁滞、涡流),将磁化曲线改为磁滞回线将磁化曲线改为磁滞回线因此，因此，将激磁电流分解为两个分量：将激磁电流分解为两个分量：（1）与）与 同相的磁化电流同相的磁化电流iu（2）导前）导前 900有功分量有功分量iFeI 0 （2）激磁电流不再与主磁通同相，）激磁电流不再与主磁通同相，而是导前一个磁滞角而是导前一个磁滞角三、空载运行的电动势三、

9、空载运行的电动势l 主磁通主磁通 和漏磁通和漏磁通 1 在绕组内产生的感应电动势在绕组内产生的感应电动势e1：主磁通：主磁通 在原绕组内感应电动势的瞬时值在原绕组内感应电动势的瞬时值e2：主磁通主磁通 在副绕组内感应电动势的瞬时值在副绕组内感应电动势的瞬时值e1：漏磁通漏磁通 1 在原绕组内感应电动势的瞬时值在原绕组内感应电动势的瞬时值主磁通按正弦规律主磁通按正弦规律:m：主磁通的幅值；：主磁通的幅值；E1m：原绕组感应电动势的幅值：原绕组感应电动势的幅值 原边电势分析原边电势分析原边电动势幅值原边电动势幅值有效值有效值相量表示相量表示当主磁通按正弦规律变化时，原绕组中感应电动当主磁通按正弦规

10、律变化时，原绕组中感应电动势也按正弦规律变化，势也按正弦规律变化，但相位比主磁通落后但相位比主磁通落后900 副边电势分析副边电势分析副边绕组链接同一磁链，副边电动势副边绕组链接同一磁链，副边电动势幅值幅值有效值有效值相量表示相量表示原边漏电势由原边绕组链接漏磁链得到原边漏电势由原边绕组链接漏磁链得到 相量表示相量表示 漏电势分析漏电势分析漏磁通漏磁通 1 通过的磁路是线性的，漏磁链通过的磁路是线性的，漏磁链 1 与产生漏磁链的电流与产生漏磁链的电流i0呈呈线性关系线性关系，漏电势可表示为，漏电势可表示为若励磁电流若励磁电流i0按正弦规律变化，按正弦规律变化，即即（1）L1为原绕组的漏感系数；

11、为原绕组的漏感系数；X1是原绕组的漏电抗。表征漏磁通是原绕组的漏电抗。表征漏磁通对电流的电磁效应。两者与匝数和几何尺寸有关，均为常数对电流的电磁效应。两者与匝数和几何尺寸有关，均为常数（2）漏电感电动势与电流同频率，相位上落后）漏电感电动势与电流同频率，相位上落后I0 900结论结论:（3）空载时，漏阻抗压降小，）空载时，漏阻抗压降小，（4）主磁通大小，）主磁通大小，取决于电网电压、频率和匝数取决于电网电压、频率和匝数变压器中，原、副绕组电动势变压器中，原、副绕组电动势E1和和E2之比称为变压器的之比称为变压器的变比变比k由于由于对于三相变压器，对于三相变压器，变比指相电势之比。变比指相电势之

12、比。考虑漏磁通，考虑漏磁通，变压器空载运行时相量形式表示的变压器空载运行时相量形式表示的电压平衡方程式电压平衡方程式r1：原绕组电阻；：原绕组电阻；Z1r1jx1为原绕组漏阻抗为原绕组漏阻抗四、电压平衡方程式四、电压平衡方程式根据相量形式的电压平衡式根据相量形式的电压平衡式五、空载运行的等效电路和相量图五、空载运行的等效电路和相量图rm：变压器的励磁电阻，反映铁耗：变压器的励磁电阻，反映铁耗xm:变压器的励磁电抗，反映励磁过程；变压器的励磁电抗，反映励磁过程；Zm：变压器的励磁阻抗：变压器的励磁阻抗把把 和和 之间的关系直接用参数形式反映，之间的关系直接用参数形式反映，可把可把 写成写成 流过

13、一个阻抗引起的阻抗压降流过一个阻抗引起的阻抗压降 等效电路综合了空载时变压器内部的物理情况，等效电路综合了空载时变压器内部的物理情况，在等效电路在等效电路中中r1、x1是常量是常量；rm、xm是变量是变量，它们随铁心磁路饱和程度的它们随铁心磁路饱和程度的增加而减少增加而减少 等效电路等效电路 相量图相量图（1）作为参考相量，作为参考相量，和和 落后落后 900（2）考虑磁滞现象，等值正弦空载电流）考虑磁滞现象，等值正弦空载电流 超前超前 一个很小的一个很小的 角角（3）根据电压方程，）根据电压方程，得到电压相量得到电压相量03 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行变压器原边接在电源上，变压

14、器原边接在电源上，副边接上负载的运行情况，称为副边接上负载的运行情况，称为负载运行。负载运行。AXax一、单相变压器的负载运行一、单相变压器的负载运行电路、磁路的工作情况电路、磁路的工作情况原边的电势平衡原边的电势平衡副边的电势平衡副边的电势平衡 忽略了漏阻抗压降，忽略了漏阻抗压降，主磁通主磁通 不变。从空载到负载，不变。从空载到负载，初级绕组电流初级绕组电流 增加一个分量增加一个分量 以平衡次级绕组的作用。以平衡次级绕组的作用。原边绕组从电网吸收的功率传递给副边绕组。副边绕组电流原边绕组从电网吸收的功率传递给副边绕组。副边绕组电流增加或减小的同时，引起原边电流的增加或减小，吸收的功率增加或减

15、小的同时，引起原边电流的增加或减小，吸收的功率也增大或减小也增大或减小又又二、二、负载运行时的基本方程负载运行时的基本方程1.磁势平衡式磁势平衡式Im是激磁电流，是激磁电流，固定不变的量固定不变的量IL负载分量随负载不同而变化负载分量随负载不同而变化在额定负载时，在额定负载时，I I1L1L比比I Im m大很多，大很多，负载分量是负载分量是I I1 1中的主要部分中的主要部分2.电动势平衡式电动势平衡式 除了主磁通在原、副边绕组中感应电动势除了主磁通在原、副边绕组中感应电动势E1和和E2外，外，原、原、副边还有对应于漏磁通产生的漏电势副边还有对应于漏磁通产生的漏电势原边原边：副边：副边：3.

16、变压器的基本方程组变压器的基本方程组综合分析，综合分析，变压器稳态运行时的六个基本方程式变压器稳态运行时的六个基本方程式各电磁量之间同时满足这六个方程各电磁量之间同时满足这六个方程利用利用 ，k，Z1，Z2，Zm，ZL求解出求解出 ，变压器负载运行时的物理过程和方程式变压器负载运行时的物理过程和方程式三、变压器的折算法三、变压器的折算法l 当当k k较大时较大时,变压器原、副边电压相差很大变压器原、副边电压相差很大,为计算和作图带来不便。为计算和作图带来不便。l 变压器原边和副边没有直接电路的联系，只有磁路的联系。副边的变压器原边和副边没有直接电路的联系，只有磁路的联系。副边的负载通过磁势影响

17、原边。负载通过磁势影响原边。因此只有副边的磁势不变，因此只有副边的磁势不变，原边的物理量原边的物理量没有改变。没有改变。这为折算提供了依据。这为折算提供了依据。这种保持磁势不变而假想改变它的匝数与电流的方法，称这种保持磁势不变而假想改变它的匝数与电流的方法，称折合算法折合算法 l 实际绕组的各个量，称为实际绕组的各个量，称为实际值实际值；假想绕组的各个量，称为；假想绕组的各个量，称为折算值折算值l 保持副边绕组的磁势不变进行折算，保持副边绕组的磁势不变进行折算，称为称为副边向原边折算副边向原边折算l 保持原边绕组的磁势不变进行折算，保持原边绕组的磁势不变进行折算，称为称为原边向副边折算原边向副

18、边折算1.副边电流的折算值副边电流的折算值保持折算前后保持折算前后 不变不变2.副边电动势的折算值副边电动势的折算值折算前后主磁场、漏磁场不变折算前后主磁场、漏磁场不变同理同理即即3.副边漏电抗的折算值副边漏电抗的折算值折算前后漏磁场不变，折算前后漏磁场不变，副边绕组匝数从副边绕组匝数从N2折算为折算为N1漏抗与匝数平方成正比，所以漏抗与匝数平方成正比，所以 4.副边电阻的折算值副边电阻的折算值 副边绕组匝数从副边绕组匝数从N2折算为折算为N1，占用原来副绕组同样的空间位置和占用原来副绕组同样的空间位置和几何尺寸，铜损耗不变，几何尺寸，铜损耗不变，绕组长度为绕组长度为N1/N2倍，面积小倍，面

19、积小N2/N1倍倍所以所以5.副边电压的折算值副边电压的折算值6.副边阻抗的折算值副边阻抗的折算值能量是否改变？能量是否改变？铜耗铜耗有功输出有功输出无功输出无功输出折算法只是一种折算法只是一种分析的方法分析的方法。凡是单位为。凡是单位为伏伏的物理量（电动势、电的物理量（电动势、电压）的折算值等于原来数值压）的折算值等于原来数值乘乘k；单位为；单位为欧欧的物理量（电阻、电抗、的物理量（电阻、电抗、阻抗）的折算值等于原来数值阻抗）的折算值等于原来数值乘乘k2；电流电流的折算值等于原来的数值的折算值等于原来的数值乘以乘以1/k(已没有变比已没有变比k)副边绕组经折算副边绕组经折算后，原来的基本后，

20、原来的基本方程组成为方程组成为四、等效电路四、等效电路单相变压器负载运行时的电磁关系用等效电路的形式单相变压器负载运行时的电磁关系用等效电路的形式表示，作为变压器模拟仿真的电路模型表示，作为变压器模拟仿真的电路模型T型等效电路型等效电路（1）电路中全部的）电路中全部的量和参数都是每一相量和参数都是每一相的值。原边为实际值，的值。原边为实际值，副边为折算值副边为折算值（2）等效的是稳态）等效的是稳态对称运行状态对称运行状态2.近似的近似的 型等效电路型等效电路l T T型电路包含有型电路包含有串联、并联回路串联、并联回路。复数运算复杂。复数运算复杂l 实际变压器中，实际变压器中，很小。负载变化时

21、很小。负载变化时 变化不大。因此假定变化不大。因此假定I Im mZ Z1 1 不不随负载变化，则将随负载变化，则将T T型等效电路中的激磁支路移出，并型等效电路中的激磁支路移出，并联在电源端口联在电源端口,得到得到 型等效电路型等效电路3.简化的简化的等效电路等效电路 负载运行时，负载运行时，Im在在I1N中所占的比例很小。在工程实际计算中，中所占的比例很小。在工程实际计算中，忽略忽略Im，将激磁回路去掉，将激磁回路去掉，得到更简单的阻抗串联电路得到更简单的阻抗串联电路 Rk 为短路电阻为短路电阻Xk 为短路电抗为短路电抗Zk 为短路阻抗为短路阻抗空载运行时，空载运行时，不能不能用简化的等效

22、电路用简化的等效电路五、相量图五、相量图相量图的画法，视变压器给定的和求解的具体条件。相量图的画法，视变压器给定的和求解的具体条件。给定量和求解量不同，给定量和求解量不同，画图步骤也不一样画图步骤也不一样基本方程组可以用基本方程组可以用相量图相量图来表示来表示变压器接变压器接感性负载感性负载，负载阻抗由电阻和电感组成，负载阻抗由电阻和电感组成，为落后为落后变压器接变压器接容性负载容性负载，负载阻抗由电阻和电容组成，负载阻抗由电阻和电容组成，为超前为超前 相量图的画法相量图的画法（1）画出）画出 假定给定假定给定U2、I2、cos 2及各个参数及各个参数（2）在）在 相量上加上相量上加上 得到得

23、到 （3）（6）画出）画出 与与 的相量和的相量和 （7）画出）画出 ，加，加 得到得到（4）画出领先）画出领先 的主磁通的主磁通 （5）根据）根据 画出画出 ，领先领先 一个铁耗角了一个铁耗角了变压器原边电压变压器原边电压 U1 与电流与电流I1 的夹角为的夹角为 1，称为称为变压器负载运行的功率因数角，变压器负载运行的功率因数角，cos 1 称为称为变压变压器的功率因数器的功率因数对于运行的变压器，对于运行的变压器，负载的性质负载的性质和大小直接影响了变压器功率因和大小直接影响了变压器功率因数的性质数的性质 对应于对应于简化等效电路简化等效电路，其其相量图相量图为为单相变压器基本方法总结单

24、相变压器基本方法总结分析计算变压器负载运行方法有分析计算变压器负载运行方法有基本方程式、等基本方程式、等效电路和相量图效电路和相量图 基本方程式：基本方程式：是变压器的电磁关系的数学表达式是变压器的电磁关系的数学表达式等效电路：等效电路：是基本方程式的模拟电路是基本方程式的模拟电路相量图：相量图：是基本方程式的图示表示是基本方程式的图示表示三者是统一的，三者是统一的，一般一般定量计算定量计算用等效电路，讨论用等效电路，讨论各物理量之间的各物理量之间的相位关系相位关系用相量图用相量图 4 变压器参数的试验测定变压器参数的试验测定 变压器的电路参数在铭牌和产品目录上大都没有标出，变压器的电路参数在

25、铭牌和产品目录上大都没有标出，可通过可通过试验的方法测定试验的方法测定 励磁参数励磁参数和和短路参数短路参数可通过可通过空载试验空载试验和和短路试验短路试验测出测出 一、空载试验一、空载试验空载试验可以测出变压器的励磁参数。为了便于测试空载试验可以测出变压器的励磁参数。为了便于测试和安全，和安全，空载试验在低压侧施加电压空载试验在低压侧施加电压 VWAV在不同的电压下，在不同的电压下，分别记录分别记录I I和和P P空载运行时，总阻抗空载运行时，总阻抗所以所以激磁参数激磁参数注意：激磁参数与磁路的饱和度有关，注意：激磁参数与磁路的饱和度有关，为使测出的参数符为使测出的参数符合变压器实际运行，合

26、变压器实际运行，额定电压点必测。额定电压点必测。同时注意折算同时注意折算二、短路试验二、短路试验为了便于测试，为了便于测试，短路试验常在高压侧加电源电压，低压短路试验常在高压侧加电源电压，低压侧直接短路侧直接短路 VWA试验电压从零开始逐渐增加，试验电压从零开始逐渐增加，短路电流短路电流在在0 01.31.3倍额定电流范围内变化倍额定电流范围内变化 短路试验时，短路试验时，外施电压低，相应主磁通很外施电压低，相应主磁通很小，小，铁耗、激磁电流不计，铁耗、激磁电流不计，用简化的等用简化的等效电路来分析效电路来分析 参数计算参数计算参数与温度有关，短路试验时温度与实际运行时不同，参数与温度有关，短

27、路试验时温度与实际运行时不同，需折算需折算铜线铜线三、变压器的阻抗电压三、变压器的阻抗电压短路试验时，短路试验时，绕组电流达到额定值时，绕组电流达到额定值时，加于原绕组的电压加于原绕组的电压为为UkI1NZk，此电压称为变压器的此电压称为变压器的阻抗电压或短路电压阻抗电压或短路电压 阻抗电压的大小用百分比来表示阻抗电压的大小用百分比来表示l 阻抗电压的大小阻抗电压的大小反映了变压器在额定负载下运行反映了变压器在额定负载下运行时时漏阻抗压降的大小漏阻抗压降的大小l 从运行观点来看，从运行观点来看，阻抗电压小阻抗电压小，代表输出电压受代表输出电压受负载变化的负载变化的影响小影响小。一般为一般为41

28、0.5%5 变压器的标么值变压器的标么值在工程计算中，在工程计算中，各物理量（电压、电流、功率等）除采用各物理量（电压、电流、功率等）除采用实际值来表示和计算外，实际值来表示和计算外，有时用这些物理量与所选定的同有时用这些物理量与所选定的同单位的基值之比，即所谓的单位的基值之比，即所谓的标么值标么值表示。用表示。用“*”表示表示 标么值的认识标么值的认识（1）标么值是两个具有相同单位的物理量（实际值和选定的固）标么值是两个具有相同单位的物理量（实际值和选定的固定值）之比，定值）之比，没有量纲没有量纲（2）选定）选定基值基值时，时，对于电路计算对于电路计算U、I、Z和和S中，中，两个量的基两个量

29、的基值是任意选定，值是任意选定，其余两个量的基值根据电路的基本定律计算其余两个量的基值根据电路的基本定律计算（3）功率的基值是指视在功率的基值，功率的基值是指视在功率的基值，同时也是有功和无功功同时也是有功和无功功率的基值。率的基值。阻抗基值也是电阻和电抗的基值阻抗基值也是电阻和电抗的基值（4）计算单台变压器时，）计算单台变压器时，通常以通常以变压器的额定值作为基值变压器的额定值作为基值 标么值的优点标么值的优点（1）不论变压器的容量大小，）不论变压器的容量大小，标么值表示的各参数和典型的标么值表示的各参数和典型的性能数据，性能数据，通常都在一定的范围，通常都在一定的范围，便于比较和分析便于比

30、较和分析 如如（2）用标么值表示，归算到原边和副边的变压器参数恒相等。）用标么值表示，归算到原边和副边的变压器参数恒相等。换言之，换言之，用标么值计算时不需要折算用标么值计算时不需要折算（3）某些物理量的标么值具有）某些物理量的标么值具有相同的数值相同的数值，简化了计算简化了计算（4）可通过标么值）可通过标么值判断运行情况判断运行情况 6 变压器的工作特性变压器的工作特性变压器的运行特性主要有外特性（副边电压变化率）和效率变压器的运行特性主要有外特性（副边电压变化率）和效率1.外特性外特性 当原绕组外施电压和负载功率因数不变时，当原绕组外施电压和负载功率因数不变时，副边端副边端电压随负载电流变

31、化的规律电压随负载电流变化的规律U2f（I2）2.效率特性效率特性 当原绕组外施电压当原绕组外施电压 和副绕组的负载功率因数不变时，和副绕组的负载功率因数不变时，变压器效率随负载电流变化的规律变压器效率随负载电流变化的规律 f(I2)一、外特性一、外特性 变压器的原、副边绕组都具有漏阻抗，负载电流流过漏阻变压器的原、副边绕组都具有漏阻抗，负载电流流过漏阻抗，抗，在变压器内部就引起电压降落。在变压器内部就引起电压降落。变化曲线即为变压器变化曲线即为变压器的外特性曲线。的外特性曲线。IUUNIN（超前）（超前）（落后）（落后）利用利用电压变化率电压变化率来表示输出来表示输出额定电流时电压的变化额定

32、电流时电压的变化 用标么值表示：用标么值表示：电压变化率电压变化率负载时电压变化率可用简化的等效电路和相量图来分析负载时电压变化率可用简化的等效电路和相量图来分析电路方程用标么值表示电路方程用标么值表示通过相量图求出通过相量图求出 。在相量图上。在相量图上忽略忽略 ，有，有cpoapBbcpoapBb电压变化率电压变化率用参数表达的电压变化率用参数表达的电压变化率可以看出可以看出（1）感性负载感性负载时，时，20，U为正；为正；容性负载容性负载，20，U 可正可负。实际运行中一般是感性负载，可正可负。实际运行中一般是感性负载，端电压下降端电压下降58%（2）如果）如果不在额定负载时运行不在额定

33、负载时运行，计算计算 U，乘上电流系数乘上电流系数 二、效率特性二、效率特性 变压器在能量传递过程中，变压器在能量传递过程中，将产生铜耗和铁耗，它将产生铜耗和铁耗，它们又各自包含有基本损耗和附加损耗们又各自包含有基本损耗和附加损耗 基本铜耗：基本铜耗：原、副边绕组中电流引起的直流电阻的损耗原、副边绕组中电流引起的直流电阻的损耗附加铜耗：附加铜耗：导体在交变漏磁场作用下引起集肤效应，有效电阻导体在交变漏磁场作用下引起集肤效应，有效电阻增大而增加的铜耗增大而增加的铜耗基本铁耗：基本铁耗：铁心中的磁滞和涡流损耗铁心中的磁滞和涡流损耗附加铁耗：附加铁耗：结构件中的涡流损耗结构件中的涡流损耗额定电压下，

34、额定电压下，磁密基本不变，磁密基本不变，总损耗：总损耗：1.损耗损耗2.效率效率 U较小，较小，可见，可见，一定功率因数下，一定功率因数下，随负载电流的不同而改变随负载电流的不同而改变 时，时，效率达到最高效率达到最高 一般设计，一般设计，I I2 2*0.50.60.50.6范围内，平均效率高范围内，平均效率高 7 三相变压器三相变压器 电力系统普遍采用三相供电制，电力系统普遍采用三相供电制，电力系统用的最多的电力系统用的最多的是三相变压器是三相变压器当三相变压器的原边和副边绕组均以一定的接法现接，当三相变压器的原边和副边绕组均以一定的接法现接，带上三相带上三相对称对称负载，负载，原边加上原

35、边加上对称对称的三相电压时的三相电压时 ，因，因为三相对称电压本身大小相等、相位互差为三相对称电压本身大小相等、相位互差1201200 0，因此求，因此求得一相的电压、电流，得一相的电压、电流，其它两相按对称关系求出其它两相按对称关系求出 特殊问题特殊问题（1）三相绕组的联接，即电路问题）三相绕组的联接，即电路问题（2）三相变压器的磁路系统）三相变压器的磁路系统（3）不同磁路下的感应电势的波形）不同磁路下的感应电势的波形一、三相变压器绕组的联接法和联接组一、三相变压器绕组的联接法和联接组1、三相变压器联接法、三相变压器联接法ABCXYZ星形联接星形联接ABCXYZ三角形联接三角形联接高压绕组首

36、端由高压绕组首端由A、B、C表示，末端由表示，末端由X、Y、Z表示表示低压绕组首端由低压绕组首端由a、b、c表示，末端由表示，末端由x、y、z表示表示 l 末端连在一起末端连在一起,首端引出首端引出,为为星形联接星形联接“Y”“Y”,中点引出中点引出Y Yo ol一相绕组末端与另一相绕组首端相连一相绕组末端与另一相绕组首端相连,依次得到一闭合回路依次得到一闭合回路,为为三角形联接三角形联接“D”,D”,有顺、逆之分有顺、逆之分 2、联结组、联结组（1）高、低压绕组中电动势相位关系（单相绕组）高、低压绕组中电动势相位关系（单相绕组）l单相变压器中，单相变压器中，高压绕组高压绕组首端为首端为“A”

37、、末端为、末端为“X”；低压绕组低压绕组首端为首端为“a”、末端为、末端为“x”AXaxAXaxl 原、副绕组被同一主磁通原、副绕组被同一主磁通 交链，交链，感应电动势在任一感应电动势在任一瞬间原边绕组一端点为高电位，副边绕组也有一端点为瞬间原边绕组一端点为高电位，副边绕组也有一端点为高电位。高电位。这两个端点为这两个端点为“同名端同名端”时钟表示法时钟表示法对于任意标定的对于任意标定的a、x，感应电势感应电势 和和 的相位关的相位关系有两种结果，系有两种结果，即即 与与 同相或反相同相或反相 时钟表示法：标志变压器高、低压绕组的相位关系时钟表示法：标志变压器高、低压绕组的相位关系 时钟表示法

38、：高压绕组电势时钟表示法：高压绕组电势 从从A到到X，记为记为 ,作为作为时钟的时钟的长针长针，指向，指向0点；低压绕组电势点；低压绕组电势 从从a到到x，记为记为 ，作为时钟的，作为时钟的短针短针，根据相位关系，根据相位关系，指向针面上哪个数字，指向针面上哪个数字，该数字为变压器的联结组别的标号该数字为变压器的联结组别的标号 单相变压器：单相变压器：I，I0；I，I6（2）三相变压器绕组的联结组）三相变压器绕组的联结组l 三相变压器的联结组是用三相变压器的联结组是用副边线电动势副边线电动势与与原边线电动势原边线电动势的相位差来决定的相位差来决定l 与原、边三相绕组的联接方法、绕组的绕向和绕组

39、的首末端的标法有关与原、边三相绕组的联接方法、绕组的绕向和绕组的首末端的标法有关l 确定三相变压器的联结组号需通过画确定三相变压器的联结组号需通过画相量图相量图来判别来判别 ABCXYZABCABCXYZABCXZY 以以Y，y联接的三相变压器为例说明联结组的判别联接的三相变压器为例说明联结组的判别（1）在接线图上标出各相电动势相量）在接线图上标出各相电动势相量（2）画出原绕组电动势相量图）画出原绕组电动势相量图（3）根据同一铁心柱上原、副绕组感应电动）根据同一铁心柱上原、副绕组感应电动势的相位关系，势的相位关系，画出副边绕组电动势相量图。画出副边绕组电动势相量图。将将“a”点与点与“A”点重

40、合，使相位关系更直点重合，使相位关系更直观观 ABC可以判断得到，可以判断得到，该联结组为该联结组为Y，y0ABCXYZabcxyz（4）比较原、副绕组线电动势）比较原、副绕组线电动势 与与 的相位关系。的相位关系。根据钟点法确定联结组别根据钟点法确定联结组别 三相变压器绕组的联结组三相变压器绕组的联结组ABCXYZabcxyzABCY，y6ABCXYZabcxyzABCY,y4同一铁心柱上绕同一铁心柱上绕组的是组的是cab改变同名端改变同名端三相变压器绕组的联结组三相变压器绕组的联结组ABCXYZabcxyzABCY，d11ABCXYZabcxyzABCY,d1三相变压器绕组的联结组三相变压

41、器绕组的联结组联结组的几点认识联结组的几点认识（1）当变压器的绕组）当变压器的绕组标志（同名端或首末端）改变标志（同名端或首末端）改变时，时，变压变压器的器的联结组号也随着改变联结组号也随着改变（2）Y，y联接联接的三相变压器，的三相变压器，其联结组号都是其联结组号都是偶数偶数（3）Y，d联接联接的三相变压器，其联结组号都是的三相变压器，其联结组号都是奇数奇数（4）D，d联接可以得到与联接可以得到与Y,y联接相同的组号联接相同的组号；D,y联接也可联接也可以得到与以得到与Y,d联接相同的组号联接相同的组号（5）最常用的联结组是最常用的联结组是Y，y0 和和 Y,d11二、三相变压器的磁路系统二

42、、三相变压器的磁路系统1、三相组式变压器、三相组式变压器三个相分别是三个单相变压器，三个相分别是三个单相变压器，仅仅在电路上互相仅仅在电路上互相联接，三相磁路互相完全独立。联接，三相磁路互相完全独立。各相主磁通有各自各相主磁通有各自的铁心磁路，的铁心磁路，互不影响。互不影响。三相的三相的电路有联接电路有联接，三相三相磁路也有联接磁路也有联接。心式三心式三铁心柱铁心结构，铁心柱铁心结构，从三个单相变压器演变而来从三个单相变压器演变而来 每一铁心柱的主磁通为每一铁心柱的主磁通为三相主磁通的总和三相主磁通的总和 磁路长短不一，磁路长短不一，励磁电流励磁电流占很小比例，占很小比例，影响不大影响不大 三

43、、绕组联接和磁路系统对电动势波形的影响三、绕组联接和磁路系统对电动势波形的影响单相变压器单相变压器外施电压外施电压U1感应电势感应电势E主磁通主磁通 空载电流空载电流电流存在许多谐波电流存在许多谐波 在三相变压器中，谐波磁通的路径、电流形状与在三相变压器中，谐波磁通的路径、电流形状与绕组的联接方式和结构有关绕组的联接方式和结构有关 1.Y,y联接的三相变压器联接的三相变压器三相三次谐波电流：三相三次谐波电流：三次谐波分量同相位、同大小。三次谐波电流在三次谐波分量同相位、同大小。三次谐波电流在Y联接的原边绕组中联接的原边绕组中无法流通，无法流通，空载电流接近正弦波，空载电流接近正弦波，主磁通为一

44、平顶波主磁通为一平顶波 主磁通除基本磁通外，主磁通除基本磁通外，还包含还包含三次谐波磁通三次谐波磁通 3三相组式结构三相组式结构l 3与与 1沿同一磁路闭合，沿同一磁路闭合，3大，感应得到的大，感应得到的E3可达可达4560%l 感应电势为尖顶波，感应电势为尖顶波，最大值升高，最大值升高，影响绝缘影响绝缘l 线电势中，线电势中，三次谐波电动势互相抵消，三次谐波电动势互相抵消，线电势仍为正弦波线电势仍为正弦波三相心式结构三相心式结构l 磁路彼此相关，磁路彼此相关，各相三次谐波磁通不能与各相三次谐波磁通不能与 1沿相同铁心磁路闭沿相同铁心磁路闭合，合，借助油箱等辅助磁路。借助油箱等辅助磁路。磁阻大

45、、磁阻大、3小小l 主磁通、感应电势接近正弦波，箱壁易引起涡流，有附加损耗主磁通、感应电势接近正弦波，箱壁易引起涡流，有附加损耗l 线电势仍为正弦波线电势仍为正弦波2.D,y和和Y,d联接的三相变压器联接的三相变压器D,y联接联接l 原边绕组中空载电流的三次谐波分量可以流通原边绕组中空载电流的三次谐波分量可以流通l 磁通为正弦波，磁通为正弦波，相电势为正弦波，线电势为正弦波相电势为正弦波，线电势为正弦波Y,d联接联接l 原边绕组原边绕组Y联接，联接，空载电流三次谐波不能流通，空载电流三次谐波不能流通，主磁通和原、副主磁通和原、副边绕组相电势中出现三次谐波分量边绕组相电势中出现三次谐波分量l 副

46、边绕组副边绕组 联接，三次谐波同相位、同大小，形成三次谐波电流联接，三次谐波同相位、同大小，形成三次谐波电流l 副边三次谐波电流作为激磁电流，与原边绕组中的基波电流共同副边三次谐波电流作为激磁电流，与原边绕组中的基波电流共同建立主磁场建立主磁场l 主磁通接近正弦波。相电势为正弦波，线电势也为正弦波主磁通接近正弦波。相电势为正弦波，线电势也为正弦波结论：结论：在三相变压器中，在三相变压器中，希望在原边或副边绕组中有一个希望在原边或副边绕组中有一个接成三角形，接成三角形，保证相电动势接近正弦波，保证相电动势接近正弦波，避免畸变避免畸变 8 变压器的并联运行变压器的并联运行 变压器并联运行：变压器并

47、联运行：原、副绕组分别并联到原边和副边的公共母线上原、副绕组分别并联到原边和副边的公共母线上变压器并联运行的优点：变压器并联运行的优点：（1）能提高供电的可靠性）能提高供电的可靠性（2）提高系统的运行效率）提高系统的运行效率（3）减少初投资）减少初投资并联运行的理想情况：并联运行的理想情况：（1）空载时各变压器之间无环流，）空载时各变压器之间无环流，避免环流损耗避免环流损耗（2）负载时各变压器合理分担负载，）负载时各变压器合理分担负载，负载与变压器容量大负载与变压器容量大 小成比例分配小成比例分配（1）各变压器的原、副边额定电压分别相等，）各变压器的原、副边额定电压分别相等，即即变比变比k相等

48、相等（2）各变压器的）各变压器的联结组号相同联结组号相同（3）各变压器）各变压器短路电压或短路阻抗的标么值相等短路电压或短路阻抗的标么值相等 变压器并联运行满足的条件变压器并联运行满足的条件（1）变比不相等）变比不相等并联后，并联后，在副边绕组中产生的环流为：在副边绕组中产生的环流为：短路阻抗很小，短路阻抗很小，即使变比差值很小，即使变比差值很小，也能产生较大的环流。也能产生较大的环流。空载环流小于空载环流小于10%的额定电流的额定电流联结组号不同的变压器，联结组号不同的变压器，副边电压相量之间的相位至少相差副边电压相量之间的相位至少相差300（2）联结组号不同）联结组号不同联结组号不同的变压

49、器并联，联结组号不同的变压器并联，将产生很大的空载环流，将产生很大的空载环流，数值会数值会超过额定电流很多倍，超过额定电流很多倍，严禁并联严禁并联环流不存在但环流不存在但 短路阻抗不同时，短路阻抗不同时，各变压器的负载电流为各变压器的负载电流为（3）短路阻抗标么值不等）短路阻抗标么值不等各变压器负载电流的标么值与各自的短路阻抗的标么值成反比各变压器负载电流的标么值与各自的短路阻抗的标么值成反比变压器的短路阻抗标么值随着容量的大小而变化，变压器的短路阻抗标么值随着容量的大小而变化，故并联运行故并联运行的变压器容量之比不超过的变压器容量之比不超过3:19 其它用途变压器其它用途变压器一、自耦变压器

50、一、自耦变压器原副边共用一部分绕组的变压器原副边共用一部分绕组的变压器 1.电压、电流关系电压、电流关系电压比电压比磁势方程磁势方程AXa合成电流合成电流自耦变压器自耦变压器2.容量关系容量关系实际电流的有效值关系实际电流的有效值关系输出功率输出功率Pax：电磁容量，：电磁容量，通过通过Aa段和段和ax段的电磁感应作用传到副边段的电磁感应作用传到副边再送到负载的容量，再送到负载的容量，也是也是ax段的绕组容量段的绕组容量Ptransfer：传导容量，：传导容量，由电流由电流I1直接传到负载直接传到负载自耦变压器总结自耦变压器总结优点：优点：绕组容量小于额定容量绕组容量小于额定容量，与额定容量相