第2章變壓器(徐)

1、2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 1第第 二二 章章 變壓器變壓器第一節(jié)第一節(jié) 變壓器的基本功能與用途變壓器的基本功能與用途第二節(jié)第二節(jié) 變壓器的基本作用原理變壓器的基本作用原理第五節(jié)第五節(jié) 變壓器的基本特性變壓器的基本特性第一節(jié)第一節(jié) 變壓器的基本功能與用途變壓器的基本功能與用途第二節(jié)第二節(jié) 變壓器的基本作用原理變壓器的基本作用原理第五節(jié)第五節(jié) 變壓器的基本特性變壓器的基本特性第三節(jié)第三節(jié) 變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器的基本結(jié)構(gòu)第三節(jié)第三節(jié) 變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器的基本結(jié)構(gòu)第四節(jié)第四節(jié) 變壓器的基本分析方法變壓器的基本分析方法第四節(jié)第四節(jié) 變壓器的基本分析方

2、法變壓器的基本分析方法第七節(jié)第七節(jié) 幾種特殊結(jié)構(gòu)的變壓器幾種特殊結(jié)構(gòu)的變壓器第七節(jié)第七節(jié) 幾種特殊結(jié)構(gòu)的變壓器幾種特殊結(jié)構(gòu)的變壓器第六節(jié)第六節(jié) 三相變壓器三相變壓器第六節(jié)第六節(jié) 三相變壓器三相變壓器2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 2本章基本要求本章基本要求1. 了解變壓器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理了解變壓器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理2. 熟練掌握變壓器額定值的定義和計(jì)算。熟練掌握變壓器額定值的定義和計(jì)算。3. 掌握變壓器的電磁關(guān)系、基本方程式、等效電路。掌握變壓器的電磁關(guān)系、基本方程式、等效電路。4. 熟練掌握變壓器的參數(shù)計(jì)算、運(yùn)行特性（電壓變熟練掌握變壓器的參數(shù)

3、計(jì)算、運(yùn)行特性（電壓變化率、效率）的計(jì)算，這是變壓器計(jì)算的重點(diǎn)?；?、效率）的計(jì)算，這是變壓器計(jì)算的重點(diǎn)。5. 掌握標(biāo)幺值的概念。掌握標(biāo)幺值的概念。7. 熟練掌握三相變壓器的聯(lián)接組別的判定方法。熟練掌握三相變壓器的聯(lián)接組別的判定方法。8. 掌握變壓器并聯(lián)運(yùn)行的條件及并聯(lián)運(yùn)行的計(jì)算。掌握變壓器并聯(lián)運(yùn)行的條件及并聯(lián)運(yùn)行的計(jì)算。6.了解變壓器的折算方法、相量圖的畫法。了解變壓器的折算方法、相量圖的畫法。9. 了解特種變壓器的工作原理和特點(diǎn)。了解特種變壓器的工作原理和特點(diǎn)。2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 3變壓器是一種常見(jiàn)的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電子變壓器是一

4、種常見(jiàn)的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應(yīng)用廣泛。線路中應(yīng)用廣泛。變電壓：變電壓：電力系統(tǒng)電力系統(tǒng) 變阻抗：變阻抗：電子線路中的阻抗匹配電子線路中的阻抗匹配變電流：變電流：電流互感器電流互感器 變壓器的主要功能有：變壓器的主要功能有：在能量傳輸過(guò)程中，當(dāng)輸送功率在能量傳輸過(guò)程中，當(dāng)輸送功率P =UI cos 及負(fù)載及負(fù)載功率因數(shù)功率因數(shù)cos 一定時(shí)：一定時(shí)：電能損耗小電能損耗小節(jié)省金屬材料（經(jīng)濟(jì)）節(jié)省金屬材料（經(jīng)濟(jì)）U I P = I RlI S變壓器是利用電磁感應(yīng)原理，將一種電壓等級(jí)的交變壓器是利用電磁感應(yīng)原理，將一種電壓等級(jí)的交流電能變成頻率相同的另一電壓等級(jí)的交流電能。流電能變成頻率相

5、同的另一電壓等級(jí)的交流電能。第一節(jié)第一節(jié) 變壓器的基本功能與用途變壓器的基本功能與用途2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 4 電力工業(yè)中常采用高壓輸電低壓配電，實(shí)現(xiàn)節(jié)能電力工業(yè)中常采用高壓輸電低壓配電，實(shí)現(xiàn)節(jié)能并保證用電安全。具體如下：并保證用電安全。具體如下： 發(fā)電廠發(fā)電廠10.5kV輸電線輸電線220kV升壓升壓儀器儀器36V降壓降壓實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室380 / 220V降壓降壓配電配電變電站變電站 10kV降壓降壓降壓降壓2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 5第二節(jié)第二節(jié) 變壓器的基本作用原理變壓器的基本作用原理一、一

6、、 變壓器的基本工作原理變壓器的基本工作原理由兩個(gè)由兩個(gè)(或兩個(gè)以上或兩個(gè)以上)互相絕緣的繞組套在同一鐵心互相絕緣的繞組套在同一鐵心上，他們之間只有磁的耦合沒(méi)有電的直接聯(lián)系；上，他們之間只有磁的耦合沒(méi)有電的直接聯(lián)系；另一個(gè)接負(fù)載的繞組稱為二次繞組（副繞組、次級(jí)另一個(gè)接負(fù)載的繞組稱為二次繞組（副繞組、次級(jí)繞組），各物理量的下標(biāo)均為繞組），各物理量的下標(biāo)均為2。 1. 結(jié)構(gòu)原則結(jié)構(gòu)原則和旋轉(zhuǎn)電機(jī)一樣，變壓器也是以磁場(chǎng)為媒介的。和旋轉(zhuǎn)電機(jī)一樣，變壓器也是以磁場(chǎng)為媒介的。2. 一、二次側(cè)一、二次側(cè)在兩個(gè)繞組中，接到交流電源的繞組稱為一次繞組在兩個(gè)繞組中，接到交流電源的繞組稱為一次繞組（原繞組、初級(jí)繞組

7、）其電壓電流及電勢(shì)和匝數(shù)的（原繞組、初級(jí)繞組）其電壓電流及電勢(shì)和匝數(shù)的下標(biāo)均為下標(biāo)均為1。2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 6 u2e2e2 e1e1 u1i1i2 1 2 一次一次繞組繞組二次二次繞組繞組ZL圖示電路，當(dāng)一次側(cè)接到交流電源時(shí)圖示電路，當(dāng)一次側(cè)接到交流電源時(shí)二次側(cè)有了電勢(shì)，二次側(cè)有了電勢(shì)，如接有負(fù)載時(shí)便有如接有負(fù)載時(shí)便有電流流過(guò)，向負(fù)載電流流過(guò)，向負(fù)載供電，從而實(shí)現(xiàn)了供電，從而實(shí)現(xiàn)了能量傳遞。能量傳遞。 11d deNt22d deNt 感應(yīng)電勢(shì)為感應(yīng)電勢(shì)為111222ueNueN而而3. 工作原理工作原理只要改變一、二次側(cè)的匝數(shù)，便可達(dá)

8、到改變電壓的目的。只要改變一、二次側(cè)的匝數(shù)，便可達(dá)到改變電壓的目的。 2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 7二、變壓器的分類二、變壓器的分類電壓互感器電壓互感器 電流互感器電流互感器 按用途分按用途分儀用變壓器儀用變壓器 整流變壓器整流變壓器 電力變壓器電力變壓器 (輸配電用輸配電用)按相數(shù)分按相數(shù)分三相變壓器三相變壓器 單相變壓器單相變壓器 按每相繞按每相繞組個(gè)數(shù)分組個(gè)數(shù)分三繞組變壓器三繞組變壓器 自耦變壓器自耦變壓器 雙繞組變壓器雙繞組變壓器按冷卻按冷卻方式分方式分干式干式 油浸式油浸式 按結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)形式分形式分心式變壓器心式變壓器 殼式變壓器殼式變壓

9、器 2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 8三、變壓器的額定值三、變壓器的額定值10表示高壓邊額定電壓為表示高壓邊額定電壓為10kV。1. 型號(hào)型號(hào)例例 SL1000/10SL是變壓器的基本型號(hào)，表示是一臺(tái)三相自冷礦是變壓器的基本型號(hào)，表示是一臺(tái)三相自冷礦物油浸雙繞組鋁線變壓器，有關(guān)字母的含義可查物油浸雙繞組鋁線變壓器，有關(guān)字母的含義可查國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。S表示三相（表示三相（D單相）；單相）；L表示鋁線繞組，表示鋁線繞組，1000表示額定容量為表示額定容量為1000kVA，2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 92.

10、額定值額定值 三相變壓器是指線電流。三相變壓器是指線電流。（1）額定電壓）額定電壓 U1N / U2N變壓器一次側(cè)電壓為電源電壓；變壓器一次側(cè)電壓為電源電壓；其他繞組額定電壓的定義：在額定分接下，一次側(cè)其他繞組額定電壓的定義：在額定分接下，一次側(cè)加額定電壓，二次側(cè)的空載電壓；加額定電壓，二次側(cè)的空載電壓；即當(dāng)即當(dāng) U1 = U1N 時(shí)時(shí), U20 = U2N如銘牌上標(biāo)注如銘牌上標(biāo)注: 電壓電壓 10000 / 230 V 三相變壓器是指線電壓。三相變壓器是指線電壓。（2）額定電流）額定電流 I1N / I2N指滿載電流值，即長(zhǎng)期工作所允許的最大電流。指滿載電流值，即長(zhǎng)期工作所允許的最大電流。2

11、022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 10 三相變壓器：三相變壓器： （3）額定功率（額定容量）額定功率（額定容量）SN（4）額定頻率）額定頻率 fN SN =3 U2N I2N =3 U1N I1N 額定容量是變壓器的額定輸出視在功率，用額定容量是變壓器的額定輸出視在功率，用VA或或kVA表示。由于變壓器效率高，通常把一、二次側(cè)表示。由于變壓器效率高，通常把一、二次側(cè)的額定容量設(shè)計(jì)的相等。的額定容量設(shè)計(jì)的相等。 單相變壓器：?jiǎn)蜗嘧儔浩鳎篠N = U2N I2N = U1N I1N 一般：一般： fN = 50Hz（工頻）（工頻）2022年4月30日星期六山東

12、理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 11例：某三相變壓器，例：某三相變壓器，YN,d 聯(lián)結(jié)，容量聯(lián)結(jié)，容量SN = 500 kVA ,額定電壓額定電壓 U1N / U2N = 35/11 kV。求該變壓器在額定狀態(tài)。求該變壓器在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，高、低壓繞組的線電流和相電流。下運(yùn)行時(shí)，高、低壓繞組的線電流和相電流。解：解：(1) 高壓繞組的額定線電流高壓繞組的額定線電流I1NL = I1N =SN3 U1N = A = 8.25 A 500103 1.73235103 因高壓繞組為因高壓繞組為 Y 形聯(lián)結(jié)，額定相電流為形聯(lián)結(jié)，額定相電流為 I1NP = I1NL = 8.25 A202

13、2年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 12(2) 低壓繞組額定線電流低壓繞組額定線電流 I2NL = I2N =SN3 U1N = A = 26.24 A 500103 1.73211103 因低壓繞組為形聯(lián)結(jié)，額定相電流為因低壓繞組為形聯(lián)結(jié)，額定相電流為 I2NP =I2NL3 = A = 15.15 A 26.241.7322022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 13四、變壓器的空載運(yùn)行四、變壓器的空載運(yùn)行變壓器的一次繞組接在交流電源上，二次繞組既可以變壓器的一次繞組接在交流電源上，二次繞組既可以開路也可以接通負(fù)載，這兩種情況

14、分別稱為變壓器的開路也可以接通負(fù)載，這兩種情況分別稱為變壓器的空載運(yùn)行和負(fù)載運(yùn)行?？蛰d運(yùn)行和負(fù)載運(yùn)行。（一）變壓器個(gè)物理量參考方向的規(guī)定（一）變壓器個(gè)物理量參考方向的規(guī)定1. 在作為負(fù)載的電路里，電壓的正方向與電流的正方在作為負(fù)載的電路里，電壓的正方向與電流的正方向一致，對(duì)純電阻來(lái)說(shuō)，就是正電壓產(chǎn)生正電流；向一致，對(duì)純電阻來(lái)說(shuō)，就是正電壓產(chǎn)生正電流；deNdt 3. 磁通的正方向和由它感應(yīng)的電勢(shì)的正方向符合右手磁通的正方向和由它感應(yīng)的電勢(shì)的正方向符合右手螺旋關(guān)系，這時(shí)電磁感應(yīng)定律的表達(dá)式是螺旋關(guān)系，這時(shí)電磁感應(yīng)定律的表達(dá)式是2. 當(dāng)磁通和電流有交鏈時(shí)，磁通當(dāng)磁通和電流有交鏈時(shí)，磁通的正方向與電

15、流正的正方向與電流正方向符合右手螺旋法則，即正電流產(chǎn)生正磁通；方向符合右手螺旋法則，即正電流產(chǎn)生正磁通；2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 14空載時(shí)一次側(cè)電流用空載時(shí)一次側(cè)電流用i10表示，二次側(cè)電流表示，二次側(cè)電流i2為零。為零。（二）空載運(yùn)行時(shí)的物理情況（二）空載運(yùn)行時(shí)的物理情況空載時(shí)，一次側(cè)繞組接到電源電壓空載時(shí)，一次側(cè)繞組接到電源電壓u1后將流過(guò)空載后將流過(guò)空載電流電流i0，電流產(chǎn)生相應(yīng)的空載磁勢(shì)，電流產(chǎn)生相應(yīng)的空載磁勢(shì)F0=i10N1，在，在F0的作用下鐵心內(nèi)將建立磁通。的作用下鐵心內(nèi)將建立磁通。 鐵心內(nèi)所建立的磁通可分為兩個(gè)部分。鐵心內(nèi)所建立

16、的磁通可分為兩個(gè)部分。空載運(yùn)行比較簡(jiǎn)單，按照從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由淺入深空載運(yùn)行比較簡(jiǎn)單，按照從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由淺入深的認(rèn)識(shí)規(guī)律，的認(rèn)識(shí)規(guī)律， 我們先從變壓器的空載運(yùn)行開始分析。我們先從變壓器的空載運(yùn)行開始分析。2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 15 u2e2e1e1 u1i10i2=0 1 一次側(cè)一次側(cè)繞組繞組二次側(cè)繞二次側(cè)繞組組施加施加：u1i10 N1 i10 1 e1 e1e22022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 16特點(diǎn)：磁路為非線性，起能量傳遞作用。特點(diǎn)：磁路為非線性，起能量傳遞作用。僅和本繞組相交鏈而不與另外繞組

17、相交鏈，主要通僅和本繞組相交鏈而不與另外繞組相交鏈，主要通過(guò)非磁性介質(zhì)過(guò)非磁性介質(zhì)(空氣空氣)形成閉路，就稱為一次側(cè)繞組形成閉路，就稱為一次側(cè)繞組的漏磁通的漏磁通1。2. 漏磁通：漏磁通：特點(diǎn)：磁路為線性，不能傳遞能量，只起到電壓降特點(diǎn)：磁路為線性，不能傳遞能量，只起到電壓降的作用。的作用。該磁通是以閉合鐵心為路徑，同時(shí)交鏈一次側(cè)、二該磁通是以閉合鐵心為路徑，同時(shí)交鏈一次側(cè)、二次側(cè)繞組，是變壓器傳遞信號(hào)次側(cè)繞組，是變壓器傳遞信號(hào)(或能量或能量)的主要因素，的主要因素， 屬于工作磁通，稱它為主磁通屬于工作磁通，稱它為主磁通；1. 主磁通：主磁通：2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研

18、室weipeiyu制作 17（三）空載運(yùn)行時(shí)的電勢(shì)和電壓平衡方程式（三）空載運(yùn)行時(shí)的電勢(shì)和電壓平衡方程式1. 電勢(shì)表達(dá)式電勢(shì)表達(dá)式根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)繞組的磁通交變時(shí)，在原二根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)繞組的磁通交變時(shí)，在原二次側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：次側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：11ddeNt 111ddeNt 22ddeNt e1、e2、e1分別表示在原副繞組內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)分別表示在原副繞組內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和漏電勢(shì)勢(shì)和漏電勢(shì)sinmt設(shè)：設(shè)：1111dsin(90 )sin(90 )dmmeNNtEtt 2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 182222dsin(90 )s

19、in(90 )dmmeNNtEtt 1111124.44222mmmmENfNEfN2222224.44222mmmmENfNEfNe1和和e2的相量表達(dá)式的相量表達(dá)式11j4.44mEfN 22j4.44mEfN 從以上兩式可以看出，當(dāng)主磁通按正弦規(guī)律交變時(shí)，從以上兩式可以看出，當(dāng)主磁通按正弦規(guī)律交變時(shí)，它所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)也按正弦規(guī)律交變，它所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)也按正弦規(guī)律交變， 而且電而且電勢(shì)在時(shí)間相位上落后于主磁通勢(shì)在時(shí)間相位上落后于主磁通 90。2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 19由于漏磁路主要經(jīng)過(guò)空氣隙，其磁導(dǎo)率由于漏磁路主要經(jīng)過(guò)空氣隙，其磁導(dǎo)率

20、0是常數(shù)，是常數(shù)， 所以電流增大，所以電流增大， 漏磁鏈也成正比增加，漏磁鏈也成正比增加， L1為常數(shù)為常數(shù)而與電流大小無(wú)關(guān)，而與電流大小無(wú)關(guān)， 故漏感電勢(shì)可以如下表示故漏感電勢(shì)可以如下表示:11011011()dd i LdieLdtdtdt 10102siniIt可用相量表示，可用相量表示， 則則 1101EjIx 若設(shè)若設(shè)漏電勢(shì)可以寫成電抗漏電勢(shì)可以寫成電抗(這里是漏抗這里是漏抗)壓降的形式。壓降的形式。2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 202. 電勢(shì)平衡方程式電勢(shì)平衡方程式根據(jù)規(guī)定的各物理量的正方向，可以列出變壓器根據(jù)規(guī)定的各物理量的正方向，可以

21、列出變壓器空載時(shí)的電勢(shì)平衡方程式。應(yīng)用基爾霍夫第二定空載時(shí)的電勢(shì)平衡方程式。應(yīng)用基爾霍夫第二定律，律， 便可列出一次側(cè)的電勢(shì)平衡方程式為便可列出一次側(cè)的電勢(shì)平衡方程式為110 111()()ui ree 2022ddueNt 1010 111ddddii rLNtt電勢(shì)平衡方程式的相量形式電勢(shì)平衡方程式的相量形式11110 1UEEI r 1110110 11101UEjI xI rEI Z 式中，式中， Z1=r1+jx1為一次繞組在空載時(shí)的漏阻抗。為一次繞組在空載時(shí)的漏阻抗。2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 21空載時(shí)由于二次側(cè)沒(méi)有電流，也就不存在二

22、次側(cè)阻空載時(shí)由于二次側(cè)沒(méi)有電流，也就不存在二次側(cè)阻抗壓降，抗壓降， 變壓器的二次側(cè)電壓就等于二次側(cè)電勢(shì)。變壓器的二次側(cè)電壓就等于二次側(cè)電勢(shì)。202UE&U14.44fN1m 通過(guò)分析計(jì)算和實(shí)測(cè)，得出變壓器的漏阻抗壓降很通過(guò)分析計(jì)算和實(shí)測(cè)，得出變壓器的漏阻抗壓降很小，所以在定性分析時(shí)，小，所以在定性分析時(shí)， 即使在額定狀態(tài)下運(yùn)行，即使在額定狀態(tài)下運(yùn)行， 也是也是U1E1, 故故上式說(shuō)明，上式說(shuō)明， 在電源頻率一定時(shí)，在電源頻率一定時(shí)， 鐵心中主磁通的鐵心中主磁通的幅值主要由電源電壓有效值決定，近似成正比關(guān)系幅值主要由電源電壓有效值決定，近似成正比關(guān)系; 或者說(shuō)變壓器的主磁通是由電源電壓來(lái)

23、控制的?；蛘哒f(shuō)變壓器的主磁通是由電源電壓來(lái)控制的。2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 223. 變壓器的變比變壓器的變比變壓器一次繞組與二次繞組的感應(yīng)電勢(shì)之比稱之為變壓器一次繞組與二次繞組的感應(yīng)電勢(shì)之比稱之為變比，變比， 用符號(hào)用符號(hào)k來(lái)表示，來(lái)表示， 即即1112224.444.44mmfNENkEfNN上式表示的變比上式表示的變比k等于一、二次繞組的匝數(shù)比。等于一、二次繞組的匝數(shù)比。當(dāng)變壓器空載運(yùn)行時(shí)，由于當(dāng)變壓器空載運(yùn)行時(shí)，由于U1E1，U20=E2，因此，因此單相變壓器的變比也近似等于電壓比，單相變壓器的變比也近似等于電壓比， 即即111222UE

24、NUEN變壓器之所以可以改變電壓，變壓器之所以可以改變電壓， 根本原因就是兩個(gè)繞根本原因就是兩個(gè)繞組匝數(shù)的不同。組匝數(shù)的不同。2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 23實(shí)用公式實(shí)用公式U1/U2=N1/N2，就是設(shè)計(jì)制造變壓器時(shí)，就是設(shè)計(jì)制造變壓器時(shí)， 實(shí)實(shí)現(xiàn)變換電壓的依據(jù)?，F(xiàn)變換電壓的依據(jù)。 應(yīng)當(dāng)指出，應(yīng)當(dāng)指出， 一次繞組的匝數(shù)并一次繞組的匝數(shù)并不是可以任意選定的，不是可以任意選定的， 它必須符合如下式它必須符合如下式:114.44mUNfB S式中，式中，U1為電源電壓為電源電壓(V); Bm為磁通密度的最大值為磁通密度的最大值(T)通常在采用熱軋硅鋼片

25、時(shí)約取通常在采用熱軋硅鋼片時(shí)約取 1.11.5T； 對(duì)冷軋對(duì)冷軋硅鋼片約取硅鋼片約取 1.51.7T; S為鐵心的有效截面積為鐵心的有效截面積(m2)。2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 24（四）空載運(yùn)行時(shí)的相量圖及等效電路（四）空載運(yùn)行時(shí)的相量圖及等效電路10 1110 1011()()j()UI rEEI rI xE &0111011(j)()()IrxEI ZE &202UE100(j)mmmEI ZIrx&其中，其中，Z1 一次繞組的漏阻抗一次繞組的漏阻抗 Zm 變壓器的勵(lì)磁阻抗變壓器的勵(lì)磁阻抗 xm 變壓器的勵(lì)磁電抗變壓

26、器的勵(lì)磁電抗 rm 變壓器的勵(lì)磁電阻變壓器的勵(lì)磁電阻令令1. 變壓器的相量圖：由電勢(shì)方程式變壓器的相量圖：由電勢(shì)方程式mFeII0I1E1E2E0 1jI x1 0rI1U2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 251011010()mUI ZEI ZI Z 10mEZI20FemprI22mmmxZrmrmjx1jx1r變壓器一次側(cè)的電勢(shì)方程式為變壓器一次側(cè)的電勢(shì)方程式為:空載運(yùn)行時(shí)的等效電路如圖所示。空載運(yùn)行時(shí)的等效電路如圖所示。由于磁路具有飽和特性，所由于磁路具有飽和特性，所以不是常數(shù)。如何變化？以不是常數(shù)。如何變化？勵(lì)磁阻抗的物理意義勵(lì)磁阻抗的物理意義

27、2. 變壓器的等效電路變壓器的等效電路隨磁路飽和程度增大而減小。隨磁路飽和程度增大而減小。2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 26第三節(jié)第三節(jié) 變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu)主要由鐵心、繞組、油箱和絕緣套變壓器的結(jié)構(gòu)主要由鐵心、繞組、油箱和絕緣套管等部件組成。管等部件組成。為了提高磁路的導(dǎo)磁系數(shù)和降低鐵心的渦流損耗為了提高磁路的導(dǎo)磁系數(shù)和降低鐵心的渦流損耗與磁滯損耗，鐵心通常用厚度為與磁滯損耗，鐵心通常用厚度為0.35mm或或0.5mm表面涂絕緣漆的硅鋼片制成。表面涂絕緣漆的硅鋼片制成。 1. 鐵心鐵心油箱起機(jī)械支撐、冷卻散熱和保護(hù)作用；油箱

28、起機(jī)械支撐、冷卻散熱和保護(hù)作用；套管主要起絕緣作用。套管主要起絕緣作用。鐵心和繞組是變壓器進(jìn)行電磁感應(yīng)的基本部分，鐵心和繞組是變壓器進(jìn)行電磁感應(yīng)的基本部分，稱為器身。稱為器身。鐵心是變壓器的磁路部分。鐵心是變壓器的磁路部分。2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 27鐵軛鐵軛鐵心柱鐵心柱鐵心沖片的疊裝鐵心沖片的疊裝 12341432奇奇數(shù)數(shù)層層偶偶數(shù)數(shù)層層鐵心分為鐵心柱和鐵軛鐵心分為鐵心柱和鐵軛兩部分，鐵心柱上套繞兩部分，鐵心柱上套繞組，鐵軛將鐵心柱連接組，鐵軛將鐵心柱連接起來(lái)形成閉合磁路。起來(lái)形成閉合磁路。 2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研

29、室weipeiyu制作 28單相心式單相心式 三相心式三相心式 單相殼式單相殼式 三相殼式三相殼式 為了使繞組便于制造和在電磁力作用下為了使繞組便于制造和在電磁力作用下受力均勻以及機(jī)械性能好，繞組一般做受力均勻以及機(jī)械性能好，繞組一般做成圓形，這時(shí)為了利用圓柱形空間，鐵成圓形，這時(shí)為了利用圓柱形空間，鐵心柱一般作為階梯形的多邊形。心柱一般作為階梯形的多邊形。 變壓器鐵軛的截面有矩形的也有階梯形的，為了減變壓器鐵軛的截面有矩形的也有階梯形的，為了減少變壓器的空載電流和損耗，在心式鐵心中鐵軛面少變壓器的空載電流和損耗，在心式鐵心中鐵軛面積一般比鐵心柱截面大積一般比鐵心柱截面大510%，也有作成相等

30、的。，也有作成相等的。2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 29鐵鐵 心心CD 型鐵心型鐵心ED 型鐵心型鐵心SD 型鐵心型鐵心XCD 型鐵心型鐵心2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 30繞組是變壓器的電路部分，一般有絕緣紙包的銅線繞組是變壓器的電路部分，一般有絕緣紙包的銅線或鋁線繞制而成，為了節(jié)省銅，我國(guó)電力變壓器大或鋁線繞制而成，為了節(jié)省銅，我國(guó)電力變壓器大都用鋁線。都用鋁線。 2. 繞組繞組接到低壓電網(wǎng)的繞組稱為低壓繞組。接到低壓電網(wǎng)的繞組稱為低壓繞組。 （1）高壓、低壓繞組）高壓、低壓繞組在變壓器中接到高壓電網(wǎng)的

31、繞組稱為高壓繞組；在變壓器中接到高壓電網(wǎng)的繞組稱為高壓繞組；同心式繞組的排列特點(diǎn)是高、低壓繞組同心的套在同心式繞組的排列特點(diǎn)是高、低壓繞組同心的套在鐵心柱上；鐵心柱上； （2）同心式繞組）同心式繞組為了便于繞組和鐵心的絕緣，通常低壓繞組靠近鐵為了便于繞組和鐵心的絕緣，通常低壓繞組靠近鐵心。心。2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 31鐵鐵心心柱柱鐵鐵心心柱柱鐵鐵 軛軛鐵鐵 軛軛11112222 心式變壓器心式變壓器低壓繞組低壓繞組高壓繞組高壓繞組 (b) 單相心式變壓器示意圖單相心式變壓器示意圖 2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipe

32、iyu制作 32變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器的基本結(jié)構(gòu)鐵軛鐵軛 殼式變壓器殼式變壓器 鐵鐵 鐵鐵 鐵鐵 心心軛軛 柱柱 軛軛1122 單相殼式變壓器單相殼式變壓器 2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 33線線 圈圈2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 34線線 圈圈2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 35變壓器的引出線從油箱內(nèi)穿過(guò)油箱蓋時(shí)，必須經(jīng)過(guò)絕變壓器的引出線從油箱內(nèi)穿過(guò)油箱蓋時(shí)，必須經(jīng)過(guò)絕緣套管，以使帶電的引出線和接地的油箱絕緣。緣套管，以使帶電的引出線和接地的油箱絕緣。3. 其他結(jié)

33、構(gòu)部件其他結(jié)構(gòu)部件（1）套管）套管絕緣套管一般是瓷質(zhì)的，他的結(jié)構(gòu)主要取決于電壓等絕緣套管一般是瓷質(zhì)的，他的結(jié)構(gòu)主要取決于電壓等級(jí)；級(jí)；1kV以下的變壓器采用實(shí)心瓷套管，以下的變壓器采用實(shí)心瓷套管，1035kV的采用的采用空心充氣式或充油式套管?？招某錃馐交虺溆褪教坠?。110kV以上的變壓器采用以上的變壓器采用電容式套管，為了增加表面放電面積套管外形作成多電容式套管，為了增加表面放電面積套管外形作成多級(jí)傘形，電壓越高級(jí)數(shù)愈多。級(jí)傘形，電壓越高級(jí)數(shù)愈多。2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 36（2）油箱）油箱油箱包括油箱體和油箱蓋，對(duì)于比較大容量的變壓油箱包括

34、油箱體和油箱蓋，對(duì)于比較大容量的變壓器，油箱體的箱壁上焊有許多扁形套管，為的是較器，油箱體的箱壁上焊有許多扁形套管，為的是較快的把變壓器運(yùn)行時(shí)鐵心和繞組中產(chǎn)生的熱量散發(fā)快的把變壓器運(yùn)行時(shí)鐵心和繞組中產(chǎn)生的熱量散發(fā)到周圍去，有的油箱與散熱器相連，散熱效果更好。到周圍去，有的油箱與散熱器相連，散熱效果更好。油箱也是安放變壓器器身的地方。油箱也是安放變壓器器身的地方。變壓器還有許多附件，如油枕、測(cè)溫裝置、氣體繼變壓器還有許多附件，如油枕、測(cè)溫裝置、氣體繼電器、安全氣道、有載或無(wú)載分接開關(guān)、散熱器等。電器、安全氣道、有載或無(wú)載分接開關(guān)、散熱器等。 分接開關(guān)是用來(lái)調(diào)節(jié)高壓繞組的匝數(shù)分接開關(guān)是用來(lái)調(diào)節(jié)高壓

35、繞組的匝數(shù)以調(diào)節(jié)變壓器以調(diào)節(jié)變壓器的輸出電壓。的輸出電壓。2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 37油浸式電力變壓器油浸式電力變壓器1信號(hào)式溫度計(jì)信號(hào)式溫度計(jì)2吸濕器吸濕器3儲(chǔ)油柜儲(chǔ)油柜4油位計(jì)油位計(jì)5安全氣道安全氣道6氣體繼電器氣體繼電器7高壓套管高壓套管8低壓套管低壓套管9分接開關(guān)分接開關(guān)10油箱油箱11鐵心鐵心12繞組繞組13放油閥門放油閥門2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 38 S9 型配電變壓器型配電變壓器（10 kV） 大型油浸電力變壓器大型油浸電力變壓器 2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研

36、室weipeiyu制作 39 大型油浸電力變壓器大型油浸電力變壓器 干式變壓器干式變壓器 2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 40C 型澆注立式變壓器型澆注立式變壓器C 型澆注臥式變壓器型澆注臥式變壓器2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 41第四節(jié)第四節(jié) 變壓器的基本分析方法變壓器的基本分析方法變壓器一次側(cè)接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，變壓器一次側(cè)接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次側(cè)接上負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，稱為負(fù)載運(yùn)行。二次側(cè)接上負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，稱為負(fù)載運(yùn)行。變壓器的負(fù)載情況變壓器的負(fù)載情況 1e1i1uLZ1

37、e2i2e2e2u12一、變壓器的負(fù)載運(yùn)行一、變壓器的負(fù)載運(yùn)行2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 42（一）負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系（一）負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系（二）變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式（二）變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式1. 磁勢(shì)平衡方程式磁勢(shì)平衡方程式空載時(shí)空載時(shí),由一次側(cè)磁動(dòng)勢(shì)由一次側(cè)磁動(dòng)勢(shì) 產(chǎn)生主磁通產(chǎn)生主磁通00F負(fù)載時(shí)，產(chǎn)生勵(lì)磁磁通的磁動(dòng)勢(shì)為一、二次側(cè)的合成負(fù)載時(shí)，產(chǎn)生勵(lì)磁磁通的磁動(dòng)勢(shì)為一、二次側(cè)的合成磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì) ；21FF1u11d deNt 1 111d dieLt 22d deNt i1 ( i1N1) i2 ( i2N2) 2 222

38、d dieLt有載時(shí)，鐵心有載時(shí)，鐵心中主磁通中主磁通 是是由一次側(cè)、二由一次側(cè)、二次側(cè)繞組磁勢(shì)次側(cè)繞組磁勢(shì)共同產(chǎn)生的合共同產(chǎn)生的合成磁通。成磁通。2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 43021FFF或或1 1221 0N IN IN I用電流形式表示用電流形式表示21021()NIIIN 由于磁通的大小取決于電源電壓，只要電壓保持不由于磁通的大小取決于電源電壓，只要電壓保持不變，由空載到負(fù)載，磁通基本不變，相應(yīng)勵(lì)磁磁通變，由空載到負(fù)載，磁通基本不變，相應(yīng)勵(lì)磁磁通可由空載磁通表示，因此有磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式可由空載磁通表示，因此有磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式變壓器的負(fù)載電

39、流分成兩個(gè)分量，一個(gè)是勵(lì)磁電流變壓器的負(fù)載電流分成兩個(gè)分量，一個(gè)是勵(lì)磁電流 ，用來(lái)產(chǎn)生主磁通，另一個(gè)是負(fù)載分量，用來(lái)抵消二次用來(lái)產(chǎn)生主磁通，另一個(gè)是負(fù)載分量，用來(lái)抵消二次側(cè)繞組磁動(dòng)勢(shì)的作用。側(cè)繞組磁動(dòng)勢(shì)的作用。2001()LIIIIk 2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 44負(fù)載運(yùn)行時(shí)，忽略空載電流有負(fù)載運(yùn)行時(shí)，忽略空載電流有:2121211IINIkIkN 或表明，一、二次側(cè)電流比近似與匝數(shù)成反比?？梢?jiàn)，表明，一、二次側(cè)電流比近似與匝數(shù)成反比?？梢?jiàn)，匝數(shù)不同，不僅能變電壓，同時(shí)也能變電流。匝數(shù)不同，不僅能變電壓，同時(shí)也能變電流。2. 電動(dòng)勢(shì)平衡方程式電動(dòng)

40、勢(shì)平衡方程式根據(jù)基爾霍夫電壓定律可寫出一、二次側(cè)的電勢(shì)平根據(jù)基爾霍夫電壓定律可寫出一、二次側(cè)的電勢(shì)平衡方程式衡方程式111 11 1111UEI rjI xEI Z 222 222222UEI rjI xEI ZLZIU22電磁關(guān)系將一、二次側(cè)聯(lián)系起來(lái)，二次側(cè)電流增加電磁關(guān)系將一、二次側(cè)聯(lián)系起來(lái)，二次側(cè)電流增加或減少必然引起一次側(cè)電流的增加或減少。或減少必然引起一次側(cè)電流的增加或減少。2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 45二、變壓器的等效電路及相量圖二、變壓器的等效電路及相量圖由原、二次側(cè)電勢(shì)平衡方程式可得下圖由原、二次側(cè)電勢(shì)平衡方程式可得下圖ZLU1I

41、1r1 jx1E1 E2jx2 r2I2 U2 E1 的處理問(wèn)題的處理問(wèn)題 E1 =ZmI0一、二次側(cè)電勢(shì)大小不同，要將兩邊畫在一起需要一、二次側(cè)電勢(shì)大小不同，要將兩邊畫在一起需要對(duì)參數(shù)折算。對(duì)參數(shù)折算。2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 461. 繞組的折算繞組的折算將變壓器的二次側(cè)（或一次側(cè)）繞組匝數(shù)用一次側(cè)將變壓器的二次側(cè)（或一次側(cè)）繞組匝數(shù)用一次側(cè)（或二次側(cè)）繞組匝數(shù)來(lái)代替，同時(shí)對(duì)該繞組的電（或二次側(cè)）繞組匝數(shù)來(lái)代替，同時(shí)對(duì)該繞組的電磁量作相應(yīng)的變換，以保持兩側(cè)的電磁關(guān)系在替代磁量作相應(yīng)的變換，以保持兩側(cè)的電磁關(guān)系在替代前后不變。前后不變。目的：用

42、一個(gè)等效的電路代替實(shí)際的變壓器，便于目的：用一個(gè)等效的電路代替實(shí)際的變壓器，便于計(jì)算。計(jì)算。折算條件：折算條件：折算后的值用實(shí)際值的表示符號(hào)右上方打折算后的值用實(shí)際值的表示符號(hào)右上方打。2）保持各功率或損耗不變。）保持各功率或損耗不變。1）保持磁動(dòng)勢(shì)不變；即磁通不變。保持磁動(dòng)勢(shì)不變；即磁通不變。折算的定義折算的定義2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 47（1）電流的折算）電流的折算折算原則：折算前后二次側(cè)的磁勢(shì)不變，即折算原則：折算前后二次側(cè)的磁勢(shì)不變，即2221I NI N22221NIIINk 所以所以根據(jù)折算前后磁通不變，則根據(jù)折算前后磁通不變，則（

43、2）電動(dòng)勢(shì)和電壓的折算電動(dòng)勢(shì)和電壓的折算則則2122ENkEN224.44mEfN214.44mEfN 22EkE 即即（3）阻抗的折算）阻抗的折算22UkU 阻抗折算的原則：折算前后電阻銅耗及漏感中無(wú)功阻抗折算的原則：折算前后電阻銅耗及漏感中無(wú)功功率不變，所以功率不變，所以2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 48電流的折算值等于原來(lái)的數(shù)值除以變比電流的折算值等于原來(lái)的數(shù)值除以變比k。22222 2I rI r 22222222Irrk rI 222222I xI x 22222222Ixxk xI 綜合上述可得變壓器折算的方法：綜合上述可得變壓器折算的方

44、法：當(dāng)把副繞組各物理量折算到原繞組時(shí)：當(dāng)把副繞組各物理量折算到原繞組時(shí)：凡是單位為伏的物理量的折算值等于原來(lái)的數(shù)值乘凡是單位為伏的物理量的折算值等于原來(lái)的數(shù)值乘以變比以變比k；凡是單位為歐姆的物理量的折算值等于原來(lái)的數(shù)值凡是單位為歐姆的物理量的折算值等于原來(lái)的數(shù)值乘以變比乘以變比k2；2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 49111 11 1111UEI rjI xEI Z 222 222222UEI rjI xEI Z 120III21EE 10mEZ I 22LUI Z 折算后變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式變?yōu)槿缦抡鬯愫笞儔浩髫?fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式變?yōu)槿缦?/p>

45、形式：形式： 折算實(shí)質(zhì)上是在功率和磁通勢(shì)保持不變的條件折算實(shí)質(zhì)上是在功率和磁通勢(shì)保持不變的條件下，對(duì)繞組的電壓、電流所進(jìn)行的一種線性變換。下，對(duì)繞組的電壓、電流所進(jìn)行的一種線性變換。2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 50（1）T 型等效電路型等效電路2. 等效電路等效電路根據(jù)折算后的方程式，可以作出變壓器的等效電路。根據(jù)折算后的方程式，可以作出變壓器的等效電路。變壓器原方接電網(wǎng)，它只不過(guò)是整個(gè)電力系統(tǒng)中的變壓器原方接電網(wǎng)，它只不過(guò)是整個(gè)電力系統(tǒng)中的一個(gè)元件。有了等效電路，就很容易用一個(gè)等效阻一個(gè)元件。有了等效電路，就很容易用一個(gè)等效阻抗來(lái)代替接在電網(wǎng)上的

46、整個(gè)變壓器及負(fù)載，這對(duì)研抗來(lái)代替接在電網(wǎng)上的整個(gè)變壓器及負(fù)載，這對(duì)研究和計(jì)算電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況帶來(lái)很大方便。究和計(jì)算電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況帶來(lái)很大方便。ZLU1I1r1 jx1 E1 = E2I0 U2 jx2 r2I2rm jxm2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 51（2） 近似近似型等效電路型等效電路T型等效電路全面反映了變壓器內(nèi)部的電磁關(guān)系，因型等效電路全面反映了變壓器內(nèi)部的電磁關(guān)系，因而能準(zhǔn)確地代表實(shí)際的變壓器，但它含有串、并聯(lián)而能準(zhǔn)確地代表實(shí)際的變壓器，但它含有串、并聯(lián)支路，進(jìn)行相量運(yùn)算比較麻煩；支路，進(jìn)行相量運(yùn)算比較麻煩； 由于由于I0很小，它在

47、一次側(cè)漏阻抗上產(chǎn)生的壓降很小，很小，它在一次側(cè)漏阻抗上產(chǎn)生的壓降很小，可以忽略不計(jì)，將可以忽略不計(jì)，將T型等效電路中的勵(lì)磁支路從中間型等效電路中的勵(lì)磁支路從中間移去，并聯(lián)在電源端點(diǎn)移去，并聯(lián)在電源端點(diǎn) ，稱近似，稱近似型等效電路。型等效電路。 E1 = E2ZLU1I1r1 jx1 U2 jx2 r2I2I0rm jxm2022年4月30日星期六山東理工大學(xué)電工電子教研室weipeiyu制作 523. 簡(jiǎn)化等效電路簡(jiǎn)化等效電路 ZLU1 I1 I2 rk jxk U2 在電力變壓器中，由于在電力變壓器中，由于I0I1, 可去掉勵(lì)磁支路，因可去掉勵(lì)磁支路，因而得一個(gè)更簡(jiǎn)單的串聯(lián)電路，稱為簡(jiǎn)化等效電路。而得一個(gè)更簡(jiǎn)單的串聯(lián)電路，稱為簡(jiǎn)化等效電路。短路電阻：短路電阻： rk = r1 + r2短路電抗：短路電抗： xk = x1+ x2短路阻抗：短路阻抗： Zk = rk + jxk由簡(jiǎn)化等效電路可知，短路阻抗起限制短路電流的由簡(jiǎn)化等效電路可知，短路阻抗起限制短路電流的作用，由于短路阻抗值很小，所以變壓器的短路電作用，由于短路阻抗值很小，所以變壓器的短路電流值較大，一般可達(dá)額定電流的流值較大，一