1、第四章 变压器,第一节 变压器的基本工作原理与结构,一、变压器的基本工作原理,变压器的主要部件铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。,2,k匝比,忽略铁心中的损耗，根据能量守恒定律，有：,二、变压器的分类,按用途分：电力变压器和特种变压器。,按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。,按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。,按铁心结构分：芯式变压器和壳式变压器。,按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。,按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸
2、式变压器和充气式变压器。,3,电源变压器,电力变压器,控制变压器,接触调压器,三相干式变压器,4,三、变压器的结构简介,铁心变压器中主要的磁路部分，分为铁心柱与铁轭两部分。,5,绕组变压器中的电路部分。,6,油浸式电力变压器,1信号式温度计 2吸湿器 3储油柜 4油位计 5安全气道 6气体继电器 7高压套管 8低压套管 9分接开关 10油箱 11铁心 12线圈 13放油阀门,7,四、变压器的额定值,额定容量为变压器的视在功率（用SN 表示，单位 kVA ，VA）,额定电压（一次和二次绕组上分别为U1N 和U2N ，单位V, kV）,额定电流（一次和二次绕组上分别为I1N 和I2N ，单位 A
3、, kA）,单相变压器,三相变压器,额定频率fN 我国的规定为50Hz,8,例3-1 有一台三相油浸自冷式铝线电力变压器，,试求一次、二次绕组的额定电流。,解：,联结,9,第二节 变压器的空载运行,一、空载运行时的物理情况,变压器匝数为N1的一次绕组加上交流电压，变压器匝数为N2的二次绕组开路，这种情况即为变压器的空载运行。,一次绕组和二次绕组的电动势平衡方程式,其中，i0 空载电流；u20 二次绕组的空载电压；r1 一次绕组的电阻。 主磁通；1 一次绕组漏磁通。,10,1、感应电动势与主磁通,感应电动势e1 和e2 均滞后于 的电角度90，其有效值为,E1和E2的相量表达式,11,2、空载电
4、流,空载电流包含两个分量，一个是励磁分量，作用是建立磁场，产生主磁通无功分量；另一个是铁损耗分量，作用是供变压器铁心损耗有功分量。,性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电流主要是感性无功性质也称励磁电流；,大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关，用空载电流百分数I0%来表示：,3、漏磁通和漏电抗,漏电抗X1 是一次绕组的一个参数。,12,二、空载运行时的电动势平衡方程式、相量图及等效电路,主磁通产生的感应电动势 e1 ：,式中 R1 一次绕组的电阻；Z1 一次绕组的漏阻抗，Z1 R1 j X1。,式中，Zf 变压器的励磁阻抗，Zf =Rf +jXf ;Rf 变
5、压器的励磁电阻，对应铁耗PFe;,Xf 变压器的励磁电抗，反映主磁通的作用。,13,相应的等效电路如图所示，其中,，,，,。,14,第三节 变压器的负载运行,变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次侧接上负载的运行状态，称为负载运行。,15,二、负载运行时的基本方程式,1、磁动势平衡方程式,为负载电流分量,由于变压器空载电流,很小，为方便分析问题，常忽略不计,可近似为 ：,16,2、电动势平衡方程式,17,第四节 变压器的等效电路及相量图,1.问题？是否可找到一个便于工程计算的单纯电路,以代替无电路联系、但有磁路耦合作用的实际变压器。但这个电路必须能正确反映变压器内部电磁过程 2.
6、答案：有！这种电路称为变压器的等效电路;前提条件是必须进行绕组归算.,18,一、绕组归算,归算：将变压器的二次（或一次）绕组用另一个绕组来等效，同时，对该绕组的电磁量作相应的变换，以保持两侧的电磁关系不变。,归算原则：1）保持二次侧磁动势不变；2）保持二次侧各功率或损耗不变。,二次绕组归算后，变压器一次和二次绕组具有同样的匝数，即,（一）电动势和电压的归算,则,19,（二）电流的归算,（三）阻抗的归算,阻抗归算的原则：归算前后电阻铜耗及漏感中无功功率不变。,因此，得到二次侧阻抗折算公式,相应地，对负载阻抗 ZL ，其折算值为,20,归算后变压器负载运行时的基本方程式变为如下形式：,21,二 、
7、等效电路,右图中，二次绕组各量均已经归算到一次绕组，即,图中a、b和c、d分别是等电位点，可连接起来而不改变运行情况。于是作出变压器的T形等效电路。（由前述的基本方程式也可得出该等效电路）,22,三 、近似等效电路图,根据T形等效电路，可以画出相应的相量图。,四 、相量图,23,第五节 变压器的参数测定,一、空载试验,其目的是测定变压器的电压比k、空载电流I0 、空载损耗P0和励磁参数Rf、Xf、Zf等。,24,由于空载电流 I0 很小，绕组损耗I02R很小，所以认为变压器空载时的输入功率P0 完全用来平衡变压器的铁心损耗，即P0 pFe 由等效电路可知，变压器空载时的总阻抗,由于电力变压器中
8、，一般 Rf R1，XfX1，因此 Z0Zf ，则有：,励磁电抗,电压比,励磁电阻,励磁阻抗,25,二、负载试验（又称短路试验）,通过测量短路电流、短路电压及短路功率来计算变压器的短路电压百分数、铜损和短路阻抗。,高压侧加电压，低压侧短路；由于外加电压很小，主磁通很少，铁损耗很少，忽略铁损。,Psh pCu,短路阻抗,短路电阻,短路电抗,铜线变压器,铝线变压器,26,标么值,就是指某一物理量的实际值与选定的同一单位的基准值的比值（通常以额定值为基准值）,即,阻抗电压 负载试验时，当绕组中电流达到额定值，加在一次绕组上的短路电压。用一次侧额定电压的百分值表示。,27,第六节 三相变压器,、三相变
9、压器的磁路系统,（一）三相变压器组的磁路,当一次侧绕组加上三相对称电压时，三相的主磁通必然对称，三相的空载电流也是对称的。,28,（二）三相心式变压器的磁路图,三相心式变压器的磁路特点是三相主磁通磁路相互联系，彼此相关，为了使结构简单、制造方便、减小体积和节省硅钢片，可将三相铁心柱布置在同一平面内。,29,二、三相变压器的电路系统联结组,（一）联结法,30,（二）联结组,1、高低压侧绕组相电动势的相位关系,两个绕组的相电动势只有同相位和反相位两种情况，它取决于绕组的同名端和绕组的首末端标记。,31,2、三相变压器的联结组标号的确定,三相变压器的联结组标号不仅与绕组的同名端及首末端的标记有关，还
10、与三相绕组的联结方式有关。根据联结图，用相量图法判断联结组的标号一般可分为以下几个步骤：,（1）标出高、低压侧绕组相电动势的假定正方向。 （2）将高压侧和低压侧的电动势相量图画在同一图上，画图时注意以下几点：(a)、原理图中相序标号从左到右排列，对应的在相量图上按顺时针方向排列，例如：若相序为A-B-C，则相量图上的三个顶点A、B、C按顺时针方向排列。高压侧和低压侧的画图原则相同。(b)、同一铁心柱上，高压和低压两个相量只有同相或者反相两种情况。(3）判断联结组别：取高、低压相对应的线电势相量进行比较，旋转相量图使高压侧线电势指向钟表“12”，低压侧线电势相量所指向的字母即为联结组别。,AB（
11、方向为由A指向B）和,ab（方向为由a指向b）、,BC和,bc等等,32,33,三、三相变压器的并联运行,34,需要满足下列三个条件：,（1）并联运行的各台变压器的额定电压应相等，即各台变压器的电压比应相等；（2）并联运行的各台变压器的联结组号必须相同；（3）并联运行的各台变压器的短路阻抗（或阻抗电压）的相对值要相等。,35,第七节 变压器的运行特性,1、变压器的电压调整率,变压器二次侧的端电压随负载变化的程度用电压调整率u来表示。 电压调整率u规定为：一次侧加额定负载电压、负载功率因数为一定值，空载与负载时二次侧端电压之差，用二次侧额定电压的百分值表示，即,36,电压变化率是表征变压器运行性
12、能的重要指标之一,它大小反映了供电电压的稳定性。,可见，电压变化率的大小与负载大小、性质及变压器的本身参数有关。,37,2、变压器的效率,变压器的损耗主要是铁耗和铜耗两种。 铁耗包括基本铁耗和附加铁耗。基本铁耗为磁滞损耗和涡流损耗。附加损耗包括由铁心叠片间绝缘损伤引起的局部涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。铁耗与外加电压大小有关，而与负载大小基本无关，故也称为不变损耗。,铜耗也分基本铜耗和附加铜耗。基本铜耗是在电流在一、二次绕组直流电阻上的损耗；附加损耗包括因集肤效应引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。铜耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。,变压器的效率也是
13、指其输出的有功功率与输入的有功功率之比，用百分值表示。,38,式中,变压器的铜耗：,变压器的铁耗：,39,第八节 自耦变压器与互感器,1、工作原理,实质上，自耦变压器就是利用一个绕组抽头的办法来实现改变电压的一种变压器。,额定容量,电压比,在不计励磁电流的条件下,40,2、容量关系,自耦变压器的通过容量有两部分组成：一部分是通过绕组公共部分的电磁感应作用，由一次侧传递到二次侧的电磁容量 ；另一部分是通过绕组串联部分的电流直接传导到负载的传导容量,3、自耦变压器的优缺点,优点：效率高、用料省、重量轻、体积小。,缺点：当变比K 较大时。经济效果不显著。内部绝缘和过压保护要加强。,41,二、互感器,1、电压互感器,2、电流互感器,测量高电压时，使用电压互感器，将电压降低，使测量更加安全。,测量高压线路的电流时，或者测量大电流时，使用电流互感器测量更加安全，更加方便。,42,4.1 4.3 4.6 4.7,作业：,
