1、第一节：变压器的工作原理和结构第二节：单相变压器的空载运行第三节：单相变压器的负载运行第四节：变压器的运行特性第五节：三相变压器第六节：自耦变压器和仪用互感其*第七节：旋转变压器,第三章 变压器,重点：掌握交流电机的基本分析方法 变压器的基本平衡方程式 变压器的等效电路 简化电路的相量图 变压器的电路系统 仪用互感器和自耦变压器的应用 *旋转变压器及应用,变压器：将一个等级的电压、电流 的交流电另一个等级的 电压、 电流。用途：1.电能的输送，分配 2.控制系统中作整流、控制设备等,问题：这章主要讲解电力变压器的结构和原理,1、电力变压器的结构？常用的有哪几种类型？,2、变压器的工作原理？,3
2、、单相变压器空载运行时电、磁路的分析？,4、单相变压器负载运行时的基本方程式及绕组的折算原则？,5、变压器的等效电路及相量图？,6、变压器的空载实验及短路实验？,7、三相变压器的连接组别有哪些？,第一节 变压器的工作原理 和结构,重点:1.复习交流量的几种表示方法2.掌握变压器的工作原理 3.掌握铭牌数据各个物理量的意义,一、变压器的工作原理 1.主要部件： 铁心，绕组（两个）匝数不同 互相绝缘器身,忽略漏抗后,2.变压器的工作原理： 一次绕组加U1I1 （交变磁通）E1 E2,二、变压器的基本结构,主要部件：铁心、绕组、绝缘套管、油 箱 及附件。（一）铁心和绕组1.铁心磁路，机械骨架,由心柱
3、，铁轭组成材料：0.35 0.5mm互相绝缘的硅钢叠成目的：减少铁心磁滞和涡流损耗,2.绕组电路,材料：纸包或纱包绝缘扁线或圆线，小型变压器用漆包线。一般低压绕组在里，高压绕组在外，便于绝缘,（二）油箱及变压器油,1.油箱：安放器身，绝缘、散热。2.储油柜：减少油与空气的接触。3.变压器油：绝缘和冷却（三）其他部件绝缘套管：保证绕组引线与油箱之间的绝缘，电压越高，绝缘套管级数越多气体继电器，安全气道，分接开关，油表，吸湿器等。,三、变压器的铭牌数据,1.额定容量SN： 视在功率 VA、kVA 输出能力的保证值， 即最大输出能力。 变压器的输出功率由负载决定!,（一）变压器的额定数据正常工作状态
4、所作的使用规定，是正确使用变压器的依据,单相：三相：,2.额定电压 UN1/UN2： 变压器空载时，在额定分接时， 各绕组电压的保证值， 三相变压器：线电压。,3.额定电流 IN1/IN2：在额定负载时，允许绕组长期通过的电流。 三相变压器：线电流4.额定频率 fN 标准频率50H（二）电力变压器的型号 SL7100/10 S三相 L铝线 7设计序号 100容量100kVA 10高压绕组电压10kV,主要系列：SJL1三相油浸铝线SL7三相铝线低损耗S7 、S9三相铜线,第二节 单相变压器空载运行,重点：1.掌握变压器空载运行的平衡方程式2.掌握等效电路和相量图空载： 一次绕组接电源 二次绕组
5、开路,一、变压器的空载运行原理,一次绕组加电压,二、电压、电动势和磁通的关系,一次绕组：一次侧电源的负载 二次绕组：二次侧负载的电源。电压的正方向与电流的正方向一致磁通与励磁电流之间符合右手螺旋定则。e与 之间符合右手螺旋定则。,（一）忽略漏磁通和绕组电阻时各电磁量及相互关系,设：,（二）考虑漏磁通和一次绕组电阻时各电磁量及相互关系,漏磁通在一次绕组产生的感应电动势,一次侧电压平衡方程式,一次绕组漏阻抗,说明：三相变压器的变比为相电压之比。,三、空载电流和空载损耗,1.空载电流 I2=0 I1=I0 İ0= İFe+ İu Iu励磁分量，与m同相位，超前1900 IFe有功分量，产生铁心损耗，
6、超前İu900 IuIFe I0=（310）%IN1,由于铁磁材料的非线性，电源电压正弦波感应电动势正弦波磁通正弦波励磁电流尖顶波,2.空载损耗p0=I02R1+pFe =pcu1+pFe pcu1pFe p0pFe,四、空载运行时的相量图 和等效电路,（一）相量图以为参考相量，İ0与1相位角0900，cos0=0.10.2,（二）等效电路,第三节 单相变压器负载运行,重点：1.变压器负载时的平衡方程式2.掌握绕组的折算方法3.掌握等效电路4.掌握相量图的画法5.掌握变压器等效电路参数的测定方法,一、变压器的磁通势平衡关系,负载：一次绕组加正弦交流电压，二次绕组接负载。,ZLI20I2N22
7、不再单独由I1产生，而是由I1和I2共同产生。,U1=C=C,由于磁通的联系，二次电流的变化必然引起一次电流的变化。,磁通势平衡方程式,İ1N1+İ2N2=İ0N1或,即变压器负载运行时，I1由励磁分量I0和负载分量-I2/k组成。,二、变压器的基本方程式,三、绕组的折算,N1N2一、二次绕组只有磁的联系，无电的联系用单纯的电路代替实际变压器绕组折算：原则：F2=F2N2N1电磁关系不变，即2不变1.二次侧电动势和电压的折算,2.二次电流的折算,原则：折算前后磁通势不变，,3.二次阻抗的折算：,原则：折算前后p，q，P2均保持不变,四、变压器的等效电路和相量图,（一）等效电路折算后的基本方程式
8、,1.“T”形等效电路,2.“”型等效电路,很小，忽略不计,3.简化等效电路,（二）变压器负载时的相量图,1.感性负载,2.容性负载,3.简化等效电路相量图,由简化等效电路得：,（3）,（4）,五、等效电路参数测定 及标么值,计算,1.空载实验,（1）实验目的：测量,（2）实验方法 高压侧开路低压侧接电源,（一）等效电路参数的测定,3.参数计算：,说明：1.三相变压器需用每一相的值计算。 2 所计算的参数是低压侧的参数，要折算到高压侧需乘k2,2.短路实验,（1）实验目的：测量,计算,（2）方法：低压侧短路 高压侧加电压,（3）参数计算：U1很低，Zm很大，I0可忽略不计。,（二）标么值,标么
9、值=,标么值的特点 不论容量大小，便于比较,可直观表示变压器的运行情况,用标么值无须折算。,第四节 变压器的运行特性,运行特性：外特性和效率特性重点；1.掌握变压器的电压调整率 2.掌握不同负载情况下的外特性 3.掌握效率特性,一、电压调整率和外特性（一）电压调整率,（二）外特性,U1=UN1 cos2=C U2=f(I2)(1)纯阻性负载cos2=1 sin 2=0U2=UN2(1-U%)U较小，外特性下垂少。,(2)感性负载,(3)容性负载,二、损耗与效率、效率特性,变压器的损耗,2.变压器的效率及效率特性,当cos2一定时，随I2*变化,效率特性,例题1,有一台三相变压器，SN=5600
10、kVA，UN1/UN2=35/6.3kV，Yd11联结。从短路实验得：Ush1=2610V，Ish1=92.3A，psh=53kW。当U1=UN1时，I2=IN2测得电压U2=UN2，求此时负载的性质及功率因数角的大小（不考虑温度的折算）。,容性负载,例题2,有一台三相变压器，SN=100kV，UN1/UN2=6/0.4kV，Y，yn0联结，数据：Ush=4.5%，psh=2270W，此变压器二次侧接至三角形联结的平衡负载，每相负载阻抗ZL=3.75+j2.85，求：在此负载下的电流及二次侧端电压一次侧与二次侧的功率因数,习题,一台容量为100kVA、电压为6000/400V、Y，yn0联结的
11、三相变压器有下列参数：R1=R2=3.62，X1=X2=9.05，Rm=514，Xm=5520，负载阻抗ZL=540+j410。试求：当一次侧加额定电压时，二次侧电流、电压和负载的功率因数。（用简化等效电路）,第五节 三相变压器,重点：三相变压器的联结组 三相变压器的并联运行难点：变压器联结方式对电动势波形的 影响,一、三相变压器的磁路系统,1.三相变压器组： 由三个单相变压器组成。 三相磁路互相独立，彼此无关。,A,2.三相心式变压器三相磁路相互联系，彼此相关。,二、三相变压器的联接组标号 电路系统,（一）三相变压器绕组的联结法,（二） 变压器的联结组别,按一，二次侧电动势（线电势）的相位关
12、系分成十二组。 时钟表示法： 高压绕组的线电势分针始终指向“12” 低压绕组的线电势时针由实际电动势的相位决定所指数字为“标号”,单相变压器的联接组,电动势正方向由绕组首端指向末端1.高低压绕组首端同为同名端,2.高低压绕组首端为非同名端,同名端的判断（极性测定）,三相变压器的联接组,与同名端、首末端标记及联接方法有关 1.Yy联接组 (1)同名端同为首端 由相电势线电势,Y，y0,由接线图判断联结组,(2)不同名端同为首端,Y，y6,2.Yd联接组,（1）axczby先确定高压侧电动势 低压侧x与c联接 z与b联接 y与a联接,Y，d11,ab滞后AB3300,（2）axbycz,Y，d1,
13、根据联结组接线,1.Y，y4(1)画相量图(2)画接线图,ab,2.y，d7,三相变压器的标准联结组,若高压绕组不变，,将低压的标记abc改为cab,则低压绕组的各相电势转过120，相当转过4点钟。,（三）三相变压器绕组联接时应注意的问题,若b相同名端与a、c两相不一致。,同名端标志必须一致,（1）Yy,有一相接错了，只有没接错相的线电势是相电势的 倍。,（2）Yd,此时,烧坏变压器。,三、三相变压器空载电动势波形,u1正弦波e1、正弦波i0尖顶波,i0正弦波 平顶波,(一)Yy联接的三相变压器电动势波形,i0为正弦波为平顶波可分解为基波1和三次谐波31.三相变压器组 三相磁路各自独立，可使3
14、流通e3 三次谐波电动势含量大，f3高，e3=4560%e1三相变压器组绝对不允许接成Yy。,一、二次绕组接成y，三次谐波电流无通路,2.三相心式变压器,磁路互相联系，彼此相关。 三次谐波磁通可经由油，油箱壁，铁轭形成闭合电路，磁路磁阻很大，3很小。 但引起局部过热，SN1600kVA的三相心式变压器才能接成Yy.,（二）Dy或Yd联接三相变压器 的电动势波形,一次绕组接成D三次谐波电流有通路，,1.Dy联结,、e1、e2为正弦波。,2.Yd联接,正弦波 平顶波,四、三相变压器的并联运行,并联运行的优点： （1）提高供电可靠性， （2）提高变压器效率， （3）减少备用容量,并联运行条件：,（1
15、）UN和k相同,（2）联接标号相同,（3）Zsh*相同，sh相同,（一）电压比不等时变压器 的并联运行情况,（二）联接组标号不同时 变压器的并联运行,若I接成Yd11 、接成Yy0,则使变压器严重发热，烧毁,（三）短路阻抗标么值不相等,各变压器的电流是按短路阻抗标么值分配的。,第六节 自耦变压器和仪用互感器,一、自耦变压器二次绕组之间既有磁的联系，又有电路的直接联系。 一次绕组的一部分兼作二次绕组,（一）自耦变压器电压、电流和容量的关系1.电压、电流关系（1）电压,（2）电流,的实际方向与1的实际方向相反，若维持1的方向不变，则的方向改变。,忽略,2.容量关系,（二）自耦变压器的特点：体积小、
16、重量轻一次绕组之间有电的联系，不能作隔离元件，过压保护困难。 （三）应用 工厂：作三相异步电动机的起动设备 实验室：调节电压的大小,使用时须注意共地端,二、仪用互感器,1.电流互感器及其应用（1）作用：保护操作人员和设备安全，使测量回路与高压隔离。 可以使用小量程仪表测量大电流。（2）原理：一次绕组匝数少，串接在被测线路中，二次绕组匝数多，与电流表或电流线圈相连。,（3）测量精度：0.2，0.5，1.0，3.0，10.0五级（4）使用注意事项：二次侧绝不允许开路。, 二次侧绕组和铁心必须接地安全二次阻抗不应超过规定值测量精度,2.电压互感器及其应用,（1）作用：保护操作人员和设备安全 用低量程
17、的电压表测量测大电压（2）原理：,二次绕组接电压表或电压线圈开路,（3）精度： 误差：变比误差 相位误差 0.2，0.5，1.0，3.0 （4）使用注意事项： 二次侧不允许短路烧毁 二次绕组和铁心安全接地安全 二次绕组负载阻抗须足够大不能并接太多电压线圈,第七节 旋转变压器,一种能转动的变压器，精密控制电机 一、旋转变压器的结构特点： 铁心： 定、转子铁心均采用高导磁率 的合金片叠压而成。 绕组：定、转子分别有两个相互垂直 的绕组，定子绕组直接引到接 线板。 转子绕组通过滑环引到接线板。,定子绕组,转子绕组,二、正余弦旋转变压器 的工作原理,s与q轴的夹角为,（一）空载运行,定子励磁绕组F加电
18、压U1，匝数NF,补偿绕组Q开路,转子绕组S，C开路,匝数Ns=Nc=N2,则：,忽略F绕组的阻抗,（二）负载运行,Fsqsin,Fsqcos,1.二次侧补偿的正余弦旋转变压器,补偿：使,将C接上,2.一次侧补偿的正余弦旋转变压器,Q接阻抗Z,3.一、二次侧同时补偿的正余弦旋转变压器,仅二次侧补偿，ZLc必须跟随ZLs变化。仅一次侧补偿，要求补偿绕组内阻小。,则 现将F与C串联， Q 短接 将Es按台劳级数展开，,当很小时，,将Es按台劳级数展开，,考虑漏阻抗降，实际k=0.560.57时有最佳的线性特性。,四、旋转变压器的应用,（一）在解算中的应用 1坐标变换U2A=U1cos=Ccos=xU2B=U1sin=Csin=y,2反三角函数运算,U2A=U1cos U2B=U1sin U= U2A=U1cos = arc cosU/U1,（二） 在控制系统中的应用,角度信号传输,r = c = 0旋转变压器的角度信号传输,由于rc，所以两电机定子合成磁通势F与B绕组垂直，同样接收机B绕组输出电压为零。,
