1、第一篇 变压器,主要内容：第1章 变压器的工作原理和结构第2章 变压器的运行原理与特性第3章 三相变压器第4章 变压器的瞬变过程第5章 三绕组变压器及其他变压器,退出,乡 镇 变 电 所,铁路变电所,箱式变电站,大型变压器,电源用变压器,单相变压器,各种小型变压器,1.1 变压器的工作原理,电磁感应原理 两个绝缘绕组套在同一铁心上 磁耦合 静止装置,电源,变压器是利用电磁感应原理从一个电路向另一个电路传递或者传输信号的一种电器，这两个电路只有磁的耦合，具有相同的频率但有不同的电压和电流。,1.2 变压器的基本结构,用途： 电力变压器 升、降、联络、配电变压器 仪用互感器 电压、电流 特种变压器
2、 调压器、试验、电炉、整流、电焊等 绕组数目 双绕组、三绕组、多绕组、自耦等,铁心结构-心式、壳式 相数-单相、三相 冷却方式 油浸、干式、充气 容量 小型：10630kVA 中型：8006300kVA 大型：800063000kVA 特大型：90000kVA以上,各变压器图片,三相整流变压器,单相变压器,电力变压器,电源变压器,环形变压器,接触调压器,控制变压器,三相干式变压器,互感器,电力变压器的用途：,本章研究对象：油浸电力变压器,3、变压器的基本结构,铁心：磁路 绕组：电路 绝缘套管：引出线由绕组到箱外的绝缘体 油箱及附件：油箱、储油柜、安全气道,（1）变压器铁心,作用：主磁路+机械骨
3、架 材料：(冷/热轧)硅钢片，0.350.5mm+0.010.13mm漆膜。 型式：心式（绕组包铁心）、壳式（铁心包绕组的顶、底和侧面）,心式变压器,1铁心柱 2铁轭 3高压绕组 4低压绕组,壳式变压器,1铁心柱 2铁轭 3绕组,（2）变压器绕组,作用：电路部分，完成能量转换 材料：铜或铝绝缘导线 型式：同心式、交叠式,1.3 变压器的额定值,2、额定电压(rated voltage)：U1N是变压器正常运行时一次绕组线路端子间外施电压的有效值；U2N是此时二次绕组的开路电压的有效值，(单位：kV)。,1、额定容量(rated capacity)（视在功率）SN(单位：kVA)。,3、额定电流
4、(rated current) U1N 、 U2N ：根据额定容量和额定电压计算出来的电流有效值。,4、额定频率(rated frequency) fN：（单位：HZ）。我国为50 HZ。,关于额定值的计算：,单相变压器：,三相变压器：,要点回顾,一、变压器的工作原理：,电 源,结论：改变线圈匝数可以实现变压。为什么？,二、变压器的额定值：,2、额定电压(rated voltage) U1N 、 U2N ：线电压！(单位：kV)。,1、额定容量(rated capacity)（视在功率）SN(单位：kVA),3、额定电流(rated current) I1N 、 I2N ：根据额定容量和额定电
5、压计算出来的电流有效值，线电流！,关于额定值的计算：,单相:,三相:,2.1 变压器的空载运行 2.2 变压器的负载运行 2.3 变压器的参数测定 2.4 标幺值 2.5 变压器的运行特性,第2章 变压器的运行原理与特性,2.1 变压器的空载运行,空载运行：原边绕组接额定电 压，副边绕组开路，负载电流 为零的运行状态。,分析步骤：电磁关系基本方程式等效电路相量图,2.1.1变压器空载运行的物理关系,图2.1 变压器空载运行时的示意图,思考：主磁通与漏磁通的区别？ 考虑三方面：作用、数量、性质,2.1.2 正方向的规定,在电工学科中通常按习惯方式规定正方向，称为惯例。,注意：1、电压u1 、u2
6、 是从正极到负极表示电位的正方向（电位降低），电动势e1 、e2 是从负极到正极表示电位的正方向（电位升高）。2、在原方，当u1与i1同时为正或同时为负时，表示电功率从原方输入，称为电动机惯例；3、在副方，当u2与i2同时为正或同时为负时，电功率从副方输出，称为发电机惯例。,2.1.3 空载时的电磁关系,（1）电动势与磁通的关系： 瞬时值表达式：,式中：,注意：从上面的表达式中我们可以看出，电动势总是滞后与产生的它的磁通900 。,（2）电动势平衡方程式：,将漏感电动势写成压降的形式 ：,（2-1）,考虑到对于电力变压器而言，I0Z1其数值不超过U1的0.2%,（2-2）,在副方，由于电流为零
7、，则副方的感应电动势等于副方的空载电压，即：,式（2-1）,（2-3）,（3）变压器的变比：,变压器重要参数：,（2-4）,考虑到空载时：,注意：前面的分析都是以单相变压器为例在进行，对于三相变压器，变比是指原、副方相电动势之比，也就是额定相电压之比。,2.1.4 空载电流：,空载电流=励磁电流，对于 这个电流我们要重点看一下：,（1）当不考虑铁心损耗时，励磁电流是纯磁化电流，用 来表示。其有效值为：,（2）当考虑铁心损耗时，励磁电流中还必须包含铁耗分量，即或 （ ）,同时，由于磁路有饱和现象，磁化电流与它产生的磁通之间的关系是非线性的。所以，如下图所示：,（3）当铁芯不饱和时： 正弦的励磁电
8、流产生正弦 的磁通,（4）当铁芯饱和时：要在 变压器中建立正弦波磁通， 励磁电流必须包含三次 谐波分量。,2.1.5空载时的相量图和等效电路 （1）空载时的相量图: 已知,图2.3 变压器的空载相量图,（2）空载时的等效电路图:式中：,这样,变压器原方的电动势方程可写成 ：等效电路图如下图所示：,图2.4 变压器空载时的等效电路,注意：其中的Rm、Xm考虑到外加电压基本不变，从空载到满载，主磁通基本不变，所以可近似看出常数！,总 结,1、空载运行时的磁通关系 2、空载时的电磁关系（正方向的规定） 3、空载时的相量图 4、空载时的等效电路图（ Rm、Xm 的变化关系）,2.2 变压器的负载运行,
9、分析步骤：电磁关系基本方程等效电路相量图,如右图所示：,2.2.1 变压器负载运行物理关系,二次侧有负载电流,影响原边电流变化,电磁关系重新平衡,2.2.2 电动势平衡方程,原边电动势平衡方程：,副边电势平衡方程：,2.2.3 负载运行时磁动势平衡方程,空载时：负载后：,将上式两边同除以N1 ,得：,变压器一次侧电流I1有两个分量: 励磁电流I0 : 用于建立变压器铁心中的主磁通m 负载分量I1L :用来平衡副绕组的电流或磁动势对主磁通的影响，称为负载分量。,问题：如何得到一个连通的等效电路？,绕组折算,2.2.4 变压器的参数折算,注意：折算仅仅是研究变压器的一种方法，它不改变变压器内部电磁
10、关系的本质。 （1）绕组折算方法：将一、二次绕组匝数变换为同一匝数的方法。,（2）折算方式：一次二次 或者 二次一次 在这里我们从副边向原边折算为例进行分析： （3）副方电流的折算值：,(4）副方电动势的折算值：,(5)付方漏阻抗的折算值：根据折算前后副绕组的铜损耗不变的原则：,2.2.5折算后的基本方程式、等效电路和相量图：,(1)基本方程式：,（2）变压器的T型等效电路：,（3）变压器感性负载相量图：,图2.8 变压器型电路,图2.9变压器的简化等效电路,2.2.6 等效电路图的简化：由于励磁阻抗很大，I0很小，可将励磁支路移前或舍掉，得到简化等效电路。,总 结,1、负载的物理关系变化 励磁分量 2、负载时的磁动势平衡关系 3、负载电磁关系 负载分量 4、折算 5、等效电路和相量图,
