變壓器工作原理分類與結(jié)構(gòu)課件

變壓器工作原理-分類與結(jié)構(gòu)變壓器工作原理-分類與結(jié)構(gòu)1第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)

一.變壓器的工作原理變壓器---利用電磁感應(yīng)原理，從一個(gè)電路向另一個(gè)電路傳遞電能或傳輸信號(hào)的一種電器是電力系統(tǒng)中生產(chǎn)，輸送，分配和使用電能的重要裝置。也是電力拖動(dòng)系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中

，電能傳遞或作為信號(hào)傳輸?shù)闹匾?第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)一.變壓器的工作原理233控制變壓器

4控制變壓器4第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)1.變壓器----靜止的電磁裝置

變壓器可將一種電壓的交流電能變換為同頻率的另一種電壓的交流電能電壓器的主要部件是一個(gè)鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。變壓器原理圖（圖3-1）

5第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)1.變壓器----靜第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)與電源相連的線圈，接收交流電能，稱為一次繞組用U1，I1，E1，N1表示，與負(fù)載相連的線圈，送出交流電能，稱為二次繞組

用U2，I2，E2，N2表示。同時(shí)交鏈一次，二次繞組的磁通量的相量為

Fm,該磁通量稱為主磁通請(qǐng)注意圖3-1各物理量的參考方向確定。6第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)與電源相連的線圈，接收交第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)2.理想變壓器不計(jì)一次、二次繞組的電阻和鐵耗，其間耦合系數(shù)K=1的變壓器稱之為理想變壓器描述理想變壓器的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為

7第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)2.理想變壓器7第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)若一次、二次繞組的電壓、電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值均按正弦規(guī)律變化，則有不計(jì)鐵心損失，根據(jù)能量守恒原理可得由此得出一次、二次繞組電壓和電流有效值的關(guān)系令K=N1/N2，稱為匝比（亦稱電壓比），則

8第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)若一次、二次繞組的電壓、第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)二.變壓器的分類1.變壓器按用途一般分為電力變壓器和特種變壓器兩大類電力變壓器可分為:升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器等電力變壓器外形

9第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)二.變壓器的分類9第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)特種變壓器可分為:整流變壓器、電爐變壓器、高壓試驗(yàn)變壓器、控制變壓器等10第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)特種變壓器可分為:整流第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)2.變壓器按相數(shù)可分為單相和三相變壓器三相變壓器外觀示意圖11第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)2.變壓器按相數(shù)可分為單第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)三.變壓器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介1.鐵心鐵心是變壓器中主要的磁路部分。通常由含硅量較高，厚度為0.35或0.5mm,表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝而成鐵心分為鐵心柱和鐵軛倆部分，鐵心柱套有繞組；鐵軛閉合磁路之用鐵心結(jié)構(gòu)的基本形式有心式和殼式兩種

12第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)三.變壓器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介12心式變壓器結(jié)構(gòu)示意圖

13心式變壓器結(jié)構(gòu)示意圖13第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)2.繞組繞組是變壓器的電路部分，它是用紙包的絕緣扁線或圓線繞成。

右圖為交疊式繞組

3.其他結(jié)構(gòu)部件以典型的油侵式電力變壓器為例，其他結(jié)構(gòu)部件有:油箱、儲(chǔ)油柜、散熱器、高壓絕緣管套以及繼電保護(hù)裝置等外形如下圖

14第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)2.繞組141515第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)4.變壓器的額定值(1).額定容量S變壓器視在功率的慣用數(shù)值，以VA，KVA，MVA表示(2).額定電壓U變壓器各繞組在空載額定分接下端子間電壓的保證值，對(duì)于三相變壓器額定電壓系指線電壓，以V或KV表示(3).額定電流I變壓器的額定容量除以各繞組的額定電壓所計(jì)算出來(lái)的線電流值，以A表示單相變壓器的一次、二次繞組的額定電流為I1N=SN/U1N

I2N=SN/U2N三相變壓器的一次、二次繞組的額定電流為I1N=SN/U1NI2N=SN/U2N(4).額定頻率我國(guó)工業(yè)用電頻率為50HZ16第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)4.變壓器的額定值16第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行

什么是空載運(yùn)行？變壓器一次繞組加上交流電壓，二次繞組開路的運(yùn)行情況一.空載時(shí)的物理情況1.空載磁場(chǎng)空載電流i0

產(chǎn)生一個(gè)交變磁通勢(shì)i0N1，并建立交變磁場(chǎng)主磁通?m通過(guò)鐵心閉合的磁通量（占絕大部分）漏磁通?1ó通過(guò)油和空氣閉合的磁通量（占少量）單相變壓器空載運(yùn)行時(shí)的各物理量（圖3-2）17第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行

什么是空載運(yùn)行？單相變壓器

單相變壓器空載運(yùn)行時(shí)的各物理量（圖3-2）18

單相變壓器空載運(yùn)行時(shí)的各物理量（圖3-2）18第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行

2.主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)主磁通在一次繞組和二次繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：e1(t)=-N1dFm/dte2(t)=-N2dFm/dt3.感生漏電動(dòng)勢(shì)交鏈一次繞組的漏磁通在一次繞組中感生漏電動(dòng)勢(shì)e1s(t)=-N1dF1s/dt列出一次、二次繞組的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式u1=i0r1+(-e1s)+(-e1)=i0r1+N1dF1s/dt+N1dFm/dtu20=e2=-N2dFm/dt19第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行

2.主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)19(一)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與主磁通

1.變壓器感應(yīng)電勢(shì)1)主磁通若u1

隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，則?m也按正弦規(guī)律變化，設(shè)則對(duì)e1有：e1(t)=-N1dFm/dt=-wN1Fmcoswt=wN1Fmsin(wt-90°)=E1msin(wt-90°)而對(duì)e2有：e2(t)=-N2dFm/dt=-wN2Fmcoswt=wN2Fmsin(wt-90°)=E2msin(wt-90°)所以e1和e2

也按正弦規(guī)律變化

20(一)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與主磁通

1.變壓器感應(yīng)電勢(shì)20

磁通與電勢(shì)的關(guān)系(圖3-3）21

磁通與電勢(shì)的關(guān)系(圖3-3）21第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1、e2

在相位上滯后于?m

的電角度是90°有效值是:

3)相量表達(dá)式根據(jù)上述討論，有E1、E2的相量表達(dá)式為22第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)22

磁通Fm與電勢(shì)E1、E2的相量關(guān)系(圖3-4)23

磁通Fm與電勢(shì)E1、E2的相量關(guān)系(圖3-4)23第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行2.變壓器變比當(dāng)一次繞組上加上額定電壓U1N時(shí)，一般規(guī)定此時(shí)二次繞組開路電壓將是額定電壓U2N，因此可以認(rèn)為，變壓器的電壓比就是匝數(shù)比在三相變壓器中，電壓比規(guī)定為高壓繞組的線電壓與低壓繞組的線電壓之比24第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行2.變壓器變比24第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行(二)空載電流1）空載電流主要作用是在鐵心中建立磁場(chǎng)，產(chǎn)生主磁通2）空載時(shí)的變壓器實(shí)際上就是一個(gè)非線性電感器其磁通量與電流的關(guān)系，服從與鐵磁材料的磁化曲線?=f(i))

磁化曲線?=f(i)(圖3-5)25第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行(二)空載電流磁化曲線?=f3）磁滯作用與渦流現(xiàn)象使?(t)=f[i(t)]的關(guān)系復(fù)雜化

磁滯作用導(dǎo)致勵(lì)磁電流有功無(wú)功分量出現(xiàn)示意圖(圖3-6)263）磁滯作用與渦流現(xiàn)象使?(t)=f[i(t)]的關(guān)系復(fù)雜第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行空載電流可認(rèn)為是勵(lì)磁電流，用Im表示，空載運(yùn)行時(shí)從電源輸入少量電功率p0，主要用來(lái)補(bǔ)償鐵心中的鐵損耗pFe，Im中含有有功IFe(損耗電流）和用以建立磁場(chǎng)的無(wú)功Iu(磁化電流）Im2=Im2+IFe2IFe=pFe/E1

@pFe/U1通常，Iu>>IFe，U1與Im之間相位角?0接近90°)

27第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行空載電流可認(rèn)為是勵(lì)磁電流，用I第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行(三)漏磁通與漏電抗設(shè)漏磁通所經(jīng)磁場(chǎng)磁阻Rm1，則由于漏磁通所通過(guò)的途徑是非磁性物質(zhì)，其磁導(dǎo)率是常數(shù)，所以漏磁通的大小與產(chǎn)生此漏磁通的繞組中的電流成正比所以漏電動(dòng)勢(shì)E1s

的有效值與電流Im

關(guān)系為

式中x1為一次繞組的漏電抗28第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行(三)漏磁通與漏電抗28二.空載運(yùn)行時(shí)電勢(shì)平衡方程式、相量圖及等效電路

1.空載運(yùn)行時(shí)電勢(shì)平衡方程

單相變壓器空載運(yùn)行時(shí)的各物理量如圖所示

29二.空載運(yùn)行時(shí)電勢(shì)平衡方程式、相量圖及等效電路

1.空載運(yùn)變壓器空載運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)勢(shì)平衡方程式如下：由主磁通產(chǎn)生的電勢(shì)E1與產(chǎn)生主磁通的勵(lì)磁電流Im之間存在關(guān)系，可以直接用參數(shù)形式來(lái)表示。由于Im中有有功分量與無(wú)功分量，故-E1

可表示為Im流過(guò)一個(gè)阻抗時(shí)所引起的阻抗壓降，即勵(lì)磁阻抗Zm,勵(lì)磁電抗xm,勵(lì)磁電阻rm變壓器空載運(yùn)行時(shí)原邊電動(dòng)勢(shì)平衡方程式如下其中Z1=r1+jx1

30302.空載運(yùn)行時(shí)等值電路

3.空載運(yùn)行時(shí)相量圖

312.空載運(yùn)行時(shí)等值電路

3.空載運(yùn)行第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行4.應(yīng)注意的問(wèn)題注意r1、x1

是常量而勵(lì)磁阻抗的大小和變壓器工作點(diǎn)有關(guān)因鐵心中存在飽和現(xiàn)象，rm、xm

隨著飽和程度的增加而減小但當(dāng)電源電壓的變化范圍不大，對(duì)應(yīng)鐵心中磁通的變化為也不是很大時(shí)，Zm的值基本上可視為不變。32第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行4.應(yīng)注意的問(wèn)題32第三節(jié)

單相變壓器的基本方程式

一.負(fù)載運(yùn)行時(shí)變壓器內(nèi)部物理情況

33第三節(jié)

單相變壓器的基本方程式

一.負(fù)載運(yùn)行時(shí)變壓器內(nèi)第三節(jié)

單相變壓器的基本方程式

變壓器帶有負(fù)載時(shí)，變壓器內(nèi)的物理情況與空載時(shí)有所不同1.變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，二次繞組中的電流I2產(chǎn)生磁通勢(shì)I2N22.由于電源電壓恒定U1=常數(shù)，則E1@

常數(shù)，?m@

常數(shù)所以，產(chǎn)生主磁通的磁勢(shì)也不會(huì)改變，因此,達(dá)到新的平衡的條件是：繞組的電流增量DI1所產(chǎn)生的磁通勢(shì)，與二次繞組電流I2所產(chǎn)生的磁通勢(shì)相抵消，以維持主磁通基本不變。即Dì1N1+ì2N2=0

這表明，二次繞組的電流增加時(shí)，一次繞組的電流就相應(yīng)地增加，這樣，通過(guò)電磁感應(yīng)作用，變壓器把電能從一次側(cè)傳遞到二次側(cè)34第三節(jié)

單相變壓器的基本方程式

34

二.變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式

（一）磁通勢(shì)平衡方程式

ì1N1+ì2N2=ìmN1

（二）電動(dòng)勢(shì)平衡方程式

變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)磁通與各感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系圖

35

二.變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式

（一）磁通勢(shì)平衡方程式

第三節(jié)

單相變壓器的基本方程式

電動(dòng)勢(shì)平衡方程式ù1=-è1+ì1r1+jì1x1=-è1+ì1Z1ù2=è2-ì2r2-jì2x2=è2-ì2Z2歸納出變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式為ì1N1+ì2N2=ìmN1ù1=-è1+ì1Z1ù2=è2-ì2Z2-è1=ìmZmè1/è2=N1/N2=k36第三節(jié)

單相變壓器的基本方程式

電動(dòng)勢(shì)平衡方程式36第四節(jié)變壓器的等效電路及向量圖

1.問(wèn)題？是否可找到一個(gè)便于工程計(jì)算的單純電路,以代替無(wú)電路聯(lián)系、但有磁路耦合作用的實(shí)際變壓器。但這個(gè)電路必須能正確反映變壓器內(nèi)部電磁過(guò)程2.答案：有！這種電路稱為變壓器的等效電路前提條件是必須進(jìn)行繞組歸算37第四節(jié)變壓器的等效電路及向量圖

1.問(wèn)題？37第四節(jié)變壓器的等效電路及向量圖

一、繞組歸算 繞組歸算就是把二次繞組的匝數(shù)變換成一次繞組的匝數(shù)或者將一次繞組的匝數(shù)變換成二次繞組的匝數(shù)來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，但不改變其電磁效應(yīng)的一種分析方法(一)歸算原則：1、歸算前后的磁通勢(shì)平衡關(guān)系不變2、各種能量關(guān)系保持不變歸算值用原來(lái)的符號(hào)加'表示下面以二次側(cè)歸算到一次側(cè)為例38第四節(jié)變壓器的等效電路及向量圖

一、繞組歸算 38(二)電動(dòng)勢(shì)和電壓的歸算因?yàn)镹2‘=N1

所以：E2'=kE2(三)電流的歸算保持磁通勢(shì)在歸算前后不變，N2'I2'=N2I2，則

I2'=(N2/N2')I2=(N2/N1)I2=I2/k(四)阻抗的歸算保持歸算前后銅耗及漏感中無(wú)功功率不變的原則由:I2'2r2'=I22r2

得r2'=I22/I2'2r2=k2r2

由:I2'2x2'=I22x2

得x2'=I22/I2'2x2=k2x2

39(二)電動(dòng)勢(shì)和電壓的歸算39第四節(jié)變壓器的等效電路及向量圖

歸算后變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式將變?yōu)槿缦滦问建?+

ì2'=ìmù1=-è1+ì1Z1ù2'=è2'-ì2′Z2′-è1=ìmZmè1=è2'

40第四節(jié)變壓器的等效電路及向量圖

歸算后變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基二.變壓器等效電路

單相變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)各物理量的關(guān)系如圖所示

41二.變壓器等效電路

單相變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)各物理量的關(guān)系如圖第四節(jié)變壓器的等效電路及向量圖

由于N2′=N1，這是電壓比等于1的變壓器,因此，E2′=E1，圖中a-b和c-d是等電位點(diǎn)用導(dǎo)線把它們聯(lián)接起來(lái)，考慮到ì1+

ì2′=ìmè1=-ìmZm

則得等值電路如圖：42第四節(jié)變壓器的等效電路及向量圖

由于N2′=N1，三.相量圖

根據(jù)變壓器得“T”形等效電路，可畫出相應(yīng)得相量圖

43三.相量圖

根據(jù)變壓器得“T”形等效電路，可畫出相應(yīng)得相量圖四.近似等值電路

1.Γ字型等效電路

考慮到一般變壓器中，Zm>>Z1，若把勵(lì)磁支路前移，可得Γ字型近似等效電路如下：

近似等效電路可用于分析計(jì)算變壓器負(fù)載運(yùn)行的某些問(wèn)題

如二次側(cè)電壓變化,并聯(lián)運(yùn)行的負(fù)載分配等

44四.近似等值電路

1.Γ字型等效電路

考慮到一般變壓器

2.一字型等效電路

由于一般變壓器Im>>IN，進(jìn)一步把勵(lì)磁Im

忽略不計(jì)，得到變壓器一字型近似等效電路如下：

其中：rs

短路電阻,xs

短路電抗，Zs

短路阻抗，統(tǒng)稱為變壓器的短路參數(shù)

45

2.一字型等效電路

由于一般變壓器Im>>IN，第五節(jié)變壓器等效電路參數(shù)的測(cè)定

一.空載試驗(yàn)

1.空載試驗(yàn)的目的：測(cè)定變壓器的電壓比K、鐵耗pFe以及等效電路中的勵(lì)磁阻抗Zm

2.單相變壓器空載試驗(yàn)電路

單相變壓器空載試驗(yàn)按下圖接線

46第五節(jié)變壓器等效電路參數(shù)的測(cè)定

一.空載試驗(yàn)

1.空載試驗(yàn)3.單相變壓器空載試驗(yàn)方法在額定頻率、正弦的額定電壓U1N

作用下測(cè)讀U1、I10、p0和U20z0

=(U1/I0)

=sqrt((r1+rm)2+(x1+xm)2)因?yàn)?Zm>>Z1、rm>>r1、xm>>x1則z0

@zm

r0=p0/I102

@rmx0

=

@xm電壓比:k=U1/U20空載試驗(yàn)一般在低壓側(cè)進(jìn)行三相變壓器必須采用每相值進(jìn)行計(jì)算473.單相變壓器空載試驗(yàn)方法47二.短路試驗(yàn)

1.短路試驗(yàn)的目的：測(cè)定變壓器等效電路中的短路參數(shù)

2.單相變壓器短路試驗(yàn)電路

單相變壓器短路試驗(yàn)的接線圖如圖所示

48二.短路試驗(yàn)

1.短路試驗(yàn)的目的：測(cè)定變壓器等效電路中的短路第五節(jié)變壓器等效電路參數(shù)的測(cè)定3.單相變壓器短路試驗(yàn)方法注意事項(xiàng)：*短路試驗(yàn)時(shí)，在一次側(cè)所加的電壓必須降低*通常使一次、二次側(cè)電流達(dá)到額定值為止因?yàn)樵囼?yàn)電壓很低，主磁通很小，可忽略勵(lì)磁電流和鐵耗，可以認(rèn)為變壓器從電源輸入功率ps

作為銅耗完全消耗在一次、二次繞組ps=Is2rs

@pcu=I12r1+I2'2r2'zs

@Us/Is;

xs

@

sqrt(zs2-rs2)rs

@ps/Is2

4.阻抗電壓當(dāng)繞組中電流達(dá)到額定值，加在一次繞組上的短路電壓應(yīng)是Us=I1NZs75°c稱為阻抗電壓或短路電壓.用一次側(cè)電壓的百分值表示

Us*=(Us/U1N)100%

=(I1NZs75°c/U1N)100%49第五節(jié)變壓器等效電路參數(shù)的測(cè)定49第五節(jié)變壓器等效電路參數(shù)的測(cè)定三.相對(duì)值概念阻抗電壓相對(duì)值在變壓器計(jì)算中，把阻抗電壓Us

表示成額定電壓的相對(duì)值

短路阻抗相對(duì)值Zs*就是短路阻抗與阻抗基值之比選定阻抗基值ZN

為額定電壓U1N

與額定I1N

之比可見(jiàn)短路阻抗相對(duì)值Zs*

與阻抗電壓相對(duì)值相等

50第五節(jié)變壓器等效電路參數(shù)的測(cè)定三.相對(duì)值概念50第六節(jié)三相變壓器

三相變壓器的兩種形式：

1、三個(gè)獨(dú)立單相變壓器組成的變壓器組，稱為三相組式變壓器。三相組式變壓器及聯(lián)結(jié)如圖所示

51第六節(jié)三相變壓器

分析單相變壓器時(shí)的所得的基本方程式、等效電路、相量圖以及即將探討的運(yùn)行特性分析等方法完全適用于三相變壓器

2、鐵心為三相所共有的三相變壓器叫三相芯式變壓器如圖所示52分析單相變壓器時(shí)的所得的基本方程式、等效電路、相量圖以第六節(jié)三相變壓器

一.三相變壓器的電路系統(tǒng)--連接組（一）聯(lián)結(jié)法繞組的首端和末端的標(biāo)志規(guī)定

53第六節(jié)三相變壓器

一.三相變壓器的電路系統(tǒng)--連接組51.星形聯(lián)結(jié)用符號(hào)“Y（或y)”表示三個(gè)首端A、B、C（或a、b、c)向外引出末端X、Y、Z（或x、y、z）連接在一起成為中性點(diǎn)2.三角形聯(lián)結(jié)用符號(hào)“D（或d）”表示各相間聯(lián)結(jié)次序?yàn)锳-X-C-Z-B-Y（或a-x-c-z-b-y)從首端A、B、C（或a、b、c）向外引出541.星形聯(lián)結(jié)用符號(hào)“Y（或y)”表示54（二）聯(lián)結(jié)組

三相繞組無(wú)論采用什么聯(lián)結(jié)法，二次側(cè)線電動(dòng)勢(shì)的相位差總是30°的倍數(shù)，因此采用鐘表面上12個(gè)數(shù)字來(lái)表示1.時(shí)鐘表示法把高壓側(cè)線電動(dòng)勢(shì)的相量作為分針，始終指著“12”這個(gè)數(shù)字而以低壓側(cè)線電動(dòng)勢(shì)的相量作為時(shí)針，它所指的數(shù)字即表示高、低壓側(cè)線電動(dòng)勢(shì)相量間的相位差這個(gè)數(shù)字稱為三相變壓器聯(lián)結(jié)組的“標(biāo)號(hào)”

2.單相變壓器的聯(lián)結(jié)單相變壓器或三相變壓器中某相高、低壓繞組的聯(lián)結(jié)組問(wèn)題其實(shí)質(zhì)為電路理論中互感線圈的同名端問(wèn)題

55（二）聯(lián)結(jié)組555656由給定原理圖確定變壓器的連接組標(biāo)號(hào)（1）畫原、副邊相量圖：原理圖上字母從左向右排列，相量圖上為順時(shí)針排列；（2）同一鐵心柱上的兩個(gè)相量，要么同相，要么反相；（3）確定比較相量，即下標(biāo)字母相同的原、副邊兩個(gè)線電壓。例如：UAB和uab，且相量方向均為下標(biāo)的第一個(gè)字母指向第二個(gè)字母；（4）旋轉(zhuǎn)相量圖，將原邊線電壓相量作為分針指向鐘表“12”，副邊對(duì)應(yīng)線電壓相量所指的字母即為連接組標(biāo)號(hào)。57由給定原理圖確定變壓器的連接組標(biāo)號(hào)575858由聯(lián)結(jié)組通過(guò)電勢(shì)相量確定三相變壓器的電路圖表達(dá)

59由聯(lián)結(jié)組通過(guò)電勢(shì)相量確定三相變壓器的電路圖表達(dá)

59由電路圖表達(dá)獲得三相變壓器的具體連接

60由電路圖表達(dá)獲得三相變壓器的具體連接60由聯(lián)結(jié)組通過(guò)電勢(shì)相量確定三相變壓器的電路圖表達(dá)圖

61由聯(lián)結(jié)組通過(guò)電勢(shì)相量確定三相變壓器的電路圖表達(dá)圖61二.三相變壓器的磁路系統(tǒng)--鐵心的結(jié)構(gòu)形式

三相變壓器的磁路系統(tǒng)

62二.三相變壓器的磁路系統(tǒng)--鐵心的結(jié)構(gòu)形式

三相變壓器的磁三相心式變壓器的磁路系統(tǒng)的演變

63三相心式變壓器的磁路系統(tǒng)的演變63第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

一.變壓器的運(yùn)行特性變壓器的運(yùn)行特性指變壓器二次側(cè)端電壓的變化和變壓器的效率(一)變壓器負(fù)載時(shí)二次側(cè)端電壓的變化(電壓調(diào)整率)1.什么是變壓器的外特性？變壓器一次側(cè)外施電壓額定電壓U1=U1N、負(fù)載功率因數(shù)cosj2

不變時(shí),二次側(cè)端電壓U2

隨二次側(cè)負(fù)載電流I2變化的關(guān)系曲線.即U2=f(I2)，一般用電壓調(diào)整率表示64第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

一.變壓器的運(yùn)行特性64第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

2.電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率表征了電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，反映了電能的質(zhì)量，是變壓器的主要性能之一。DU%規(guī)定為：一次側(cè)加額定電壓、負(fù)載功率因數(shù)為一定值時(shí)，空載與負(fù)載時(shí)二次側(cè)端電壓之差(U20-U2)與二次側(cè)額定電壓U2N

的比例（用百分值表示）DU%=(U20-U2)/U2N100%

=(U2N-U2)/U2N100%

=(U1N-U2')/U1N100%

采用簡(jiǎn)化等值電路時(shí)變壓器電壓電流關(guān)系如圖所示

65第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

2.電壓調(diào)整率采用簡(jiǎn)化等值電路時(shí)第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

由上圖可以看出：``ab=I1rscosj2+I1xssinj2可見(jiàn):DU%=(U1N-U2')/U1N100%@``ab/U1N·100%

=

(I1rscosj2+I1xssinj2)/U1N·100%=b(I1Nrscosj2+I1Nxssinj2)/U1N·100%其中:b=I1/I1N電壓調(diào)整率決定于：1)短路參數(shù)rs，xs2)負(fù)載系數(shù)b3)負(fù)載的功率因數(shù)66第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

由上圖可以看出：66第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

1.鐵耗基本鐵耗--主要是磁滯損耗與渦流損耗磁滯損耗與硅鋼片材料的性質(zhì)、磁通密度的最大值以及頻率有關(guān)渦流損耗與硅鋼片的厚度、電阻率、磁通密度有關(guān)2.銅耗基本銅耗指一、二次繞組內(nèi)電流所引起的直流電阻損耗附加銅耗主要是由漏磁通所引起的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)產(chǎn)生的額外損耗3.效率變壓器的效率指其輸出的有功功率與輸入的有功功率之比工程上采用間接法測(cè)定變壓器的效率，即測(cè)出各種損耗以計(jì)算效率h=1-Sp/(P2+Sp)67第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

1.鐵耗67第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

假設(shè)(1)以額定電壓下的空載損耗p0作為鐵耗pFe,并認(rèn)為鐵耗不隨負(fù)載而變.(2)以額定電流時(shí)的負(fù)載損耗pLN

作為額定電流時(shí)之銅耗pcu,并認(rèn)為負(fù)載系數(shù)?的平方成正比,有pcu=b2pLN(3)計(jì)算P2時(shí),忽略負(fù)載運(yùn)行時(shí)的二次側(cè)電壓的變化，即認(rèn)為:P2=m·U2NI2cosj2=b·m·U2NI2Ncosj2=bSNcosj2這樣就可以得到：效率特性如下68第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

假設(shè)68第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

5.變壓器效率計(jì)算公式h=1-(p0+b2pLN)/(bSNcosj2+p0+b2pLN)6.變壓器的效率特性變壓器的效率特性曲線如圖所示69第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

5.變壓器效率計(jì)算公式69一、自耦變壓器U1

U2u2

u1

+-+-U1

I1

U2

II2

原付邊共用一部分繞組的變壓器。（一）特點(diǎn)：1、原付繞組既有磁的聯(lián)系，又有電的聯(lián)系。2、能量傳遞，既有磁場(chǎng)傳遞的，又有直接傳遞的。70一、自耦變壓器U1U2u2u1+-+-U1I1U2三

相

自

耦

變

壓

器71三相自耦變壓器71三

相

自

耦

變

壓

器72三相自耦變壓器72五、互感器互感器是電流互感器和電壓互感器的合稱。互感器的主要功能是:（1）可使儀表和繼電器標(biāo)準(zhǔn)化。如電流互感器副繞組的額定電流都是5A；電壓互感器副繞組的電壓通常都規(guī)定為100V。（2）可使測(cè)量?jī)x表、繼電器等二次設(shè)備與一次主電路隔離。降低儀表及繼電器的絕緣水平，簡(jiǎn)化儀表構(gòu)造，同時(shí)保證工作人員的安全。（3）可以避免短路電流直接流過(guò)測(cè)量?jī)x表及繼電器的線圈。73五、互感器731.電流互感器電流互感器簡(jiǎn)稱CT（文字符號(hào)為TA，單二次繞組電流互感器圖形符號(hào)為），是變換電流的設(shè)備。（1）工作原理和接線方式電流互感器的基本結(jié)構(gòu)原理如圖4-14所示，它由一次繞組、鐵芯、二次繞組組成。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：一次繞組匝數(shù)少且粗，有的型號(hào)還沒(méi)有一次繞組，利用穿過(guò)其鐵芯的一次電路作為一次繞組（相當(dāng)于1匝）；而二次繞組匝數(shù)很多，導(dǎo)體較細(xì)。電流互感器的一次繞組串接在一次電路中，二次繞組與儀表、繼電器電流線圈串聯(lián)，形成閉合回路，由于這些電流線圈阻抗很小，工作時(shí)電流互感器二次回路接近短路狀態(tài)。電流互感器的變流比Ki用表示，則

式中，I1N、I2N分別為電流互感器一次側(cè)和二次側(cè)的額定電流值，N1、N2為其一次和二次繞組匝數(shù)。變流比一般表示成如100/5A形式。741.電流互感器74（2）電流互感器種類和型號(hào)按一次電壓分，有高壓和低壓兩大類；

按一次繞組匝數(shù)分有單匝（包括母線式、芯柱式、套管式）和多匝式（包括線圈式、繞環(huán)式、串級(jí)式）；

按用途分有測(cè)量用和保護(hù)用兩大類；

按絕緣介質(zhì)類型分有油浸式、環(huán)氧樹脂澆注式、干式、SF6氣體絕緣等。電流互感器型號(hào)的表示和含義如下：75（2）電流互感器種類和型號(hào)75圖4-15LQZ-10型電流互感器的外形圖圖4-16LMZJ1-0.5型電流互感器的外形圖（3）電流互感器使用注意事項(xiàng)①電流互感器在工作時(shí)二次側(cè)不得開路。

②電流互感器二次側(cè)有一端必須接地

③電流互感器在接線時(shí)，必須注意其端子的極性76圖4-15LQZ-10型電流互感器的外形圖圖4-16L2.電壓互感器電壓互感器簡(jiǎn)稱PT，是變換電壓的設(shè)備。文字符號(hào)為TV，單相式電壓互感器圖形符號(hào)為（1）工作原理和接線方式電壓互感器的基本結(jié)構(gòu)原理如圖4-17所示，它由一次繞組、二次繞組、鐵芯組成。一次繞組并聯(lián)在線路上，一次繞組匝數(shù)較多，二次繞組的匝數(shù)較少，相當(dāng)于降低變壓器。二次繞組的額定電壓一般為100V。二次回路中，儀表、繼電器的電壓線圈與二次繞組并聯(lián)，這些線圈的阻抗很大，工作時(shí)二次繞組近似于開路狀態(tài)。圖4-17電壓互感器的結(jié)構(gòu)原理772.電壓互感器圖4-17電壓互感器的結(jié)構(gòu)原理77電壓互感器的變壓比用Ku表示

式中，U1N、U2N分別為電壓互感器一次繞組和二次繞組額定電壓，N1、N2為一次繞組和二次繞組的匝數(shù)。變壓比Ku通常表示成如10/0.1kV的形式。電壓互感器有單相和三相兩大類，在成套裝置內(nèi)，采用單相電壓互感器較為常見(jiàn)。78電壓互感器的變壓比用Ku表示78電壓互感器的變壓比用Ku表示

式中，U1N、U2N分別為電壓互感器一次繞組和二次繞組額定電壓，N1、N2為一次繞組和二次繞組的匝數(shù)。變壓比Ku通常表示成如10/0.1kV的形式。電壓互感器有單相和三相兩大類，在成套裝置內(nèi)，采用單相電壓互感器較為常見(jiàn)。79電壓互感器的變壓比用Ku表示79

（3）電壓互感器使用注意事項(xiàng)

①電壓互感器在工作時(shí)，其一、二次側(cè)不得短路

②電壓互感器二次側(cè)有一端必須接地

③電壓互感器在接線時(shí)，必須注意其端子的極性圖4-19JDZ-3、6、10型電壓互感器外型結(jié)構(gòu)

圖4-20JSW-10型電壓互感器外型結(jié)構(gòu)80（3）電壓互感器使用注意事項(xiàng)圖4-19JDZ-3、6、1．

一變壓器，其原繞組A1X1和A2X2由一對(duì)導(dǎo)線并繞而成。每只原繞組及付繞組的匝數(shù)均相等。當(dāng)付邊開路時(shí)A1X1施加額定電壓，測(cè)出通過(guò)A1X1的電流為I10，問(wèn):1)把X2和x連起來(lái)，測(cè)出A2和a兩端電壓

UA2a,則UA2a/I10代表什么參數(shù)？2）把X1和X2連起來(lái)，測(cè)出A1和A2兩端電壓

UA1A2,則UA1A2/I10代表什么參數(shù)？3)把X1和x連起來(lái)，測(cè)出A1和a兩端電壓

UA1a,則UA1a/I10代表什么參數(shù)？4）測(cè)出ax兩端電壓Uax，則Uax/I10代表什么參數(shù)？

X1

X2

A1

A2

a

x

I10

811．一變壓器，其原繞組A1X1和A2X2由一對(duì)導(dǎo)線并繞而成E11

E11

X1

X2

A1

A2

a

x

I10

E21E21

E12

連X2和x：UA2a=-E21-E21+E12=-E21

UA2a/I10=E21/I10=x1

2）X1和X2:UA1A2=I10r1-E11-E11+E21+E21

=I10r1UA1A2/I10=r13)連X1和x:UA1a=I10r1-E11-E11+E12=I10z1UA1a/I10=z14）Uax=-E12=-E11;Uax/I10=Zm;82E11X1A1axI10E21E12連謝謝！謝謝！83變壓器工作原理-分類與結(jié)構(gòu)變壓器工作原理-分類與結(jié)構(gòu)84第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)

一.變壓器的工作原理變壓器---利用電磁感應(yīng)原理，從一個(gè)電路向另一個(gè)電路傳遞電能或傳輸信號(hào)的一種電器是電力系統(tǒng)中生產(chǎn)，輸送，分配和使用電能的重要裝置。也是電力拖動(dòng)系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中

，電能傳遞或作為信號(hào)傳輸?shù)闹匾?5第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)一.變壓器的工作原理2863控制變壓器

87控制變壓器4第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)1.變壓器----靜止的電磁裝置

變壓器可將一種電壓的交流電能變換為同頻率的另一種電壓的交流電能電壓器的主要部件是一個(gè)鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。變壓器原理圖（圖3-1）

88第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)1.變壓器----靜第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)與電源相連的線圈，接收交流電能，稱為一次繞組用U1，I1，E1，N1表示，與負(fù)載相連的線圈，送出交流電能，稱為二次繞組

用U2，I2，E2，N2表示。同時(shí)交鏈一次，二次繞組的磁通量的相量為

Fm,該磁通量稱為主磁通請(qǐng)注意圖3-1各物理量的參考方向確定。89第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)與電源相連的線圈，接收交第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)2.理想變壓器不計(jì)一次、二次繞組的電阻和鐵耗，其間耦合系數(shù)K=1的變壓器稱之為理想變壓器描述理想變壓器的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為

90第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)2.理想變壓器7第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)若一次、二次繞組的電壓、電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值均按正弦規(guī)律變化，則有不計(jì)鐵心損失，根據(jù)能量守恒原理可得由此得出一次、二次繞組電壓和電流有效值的關(guān)系令K=N1/N2，稱為匝比（亦稱電壓比），則

91第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)若一次、二次繞組的電壓、第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)二.變壓器的分類1.變壓器按用途一般分為電力變壓器和特種變壓器兩大類電力變壓器可分為:升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器等電力變壓器外形

92第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)二.變壓器的分類9第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)特種變壓器可分為:整流變壓器、電爐變壓器、高壓試驗(yàn)變壓器、控制變壓器等93第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)特種變壓器可分為:整流第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)2.變壓器按相數(shù)可分為單相和三相變壓器三相變壓器外觀示意圖94第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)2.變壓器按相數(shù)可分為單第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)三.變壓器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介1.鐵心鐵心是變壓器中主要的磁路部分。通常由含硅量較高，厚度為0.35或0.5mm,表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝而成鐵心分為鐵心柱和鐵軛倆部分，鐵心柱套有繞組；鐵軛閉合磁路之用鐵心結(jié)構(gòu)的基本形式有心式和殼式兩種

95第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)三.變壓器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介12心式變壓器結(jié)構(gòu)示意圖

96心式變壓器結(jié)構(gòu)示意圖13第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)2.繞組繞組是變壓器的電路部分，它是用紙包的絕緣扁線或圓線繞成。

右圖為交疊式繞組

3.其他結(jié)構(gòu)部件以典型的油侵式電力變壓器為例，其他結(jié)構(gòu)部件有:油箱、儲(chǔ)油柜、散熱器、高壓絕緣管套以及繼電保護(hù)裝置等外形如下圖

97第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)2.繞組149815第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)4.變壓器的額定值(1).額定容量S變壓器視在功率的慣用數(shù)值，以VA，KVA，MVA表示(2).額定電壓U變壓器各繞組在空載額定分接下端子間電壓的保證值，對(duì)于三相變壓器額定電壓系指線電壓，以V或KV表示(3).額定電流I變壓器的額定容量除以各繞組的額定電壓所計(jì)算出來(lái)的線電流值，以A表示單相變壓器的一次、二次繞組的額定電流為I1N=SN/U1N

I2N=SN/U2N三相變壓器的一次、二次繞組的額定電流為I1N=SN/U1NI2N=SN/U2N(4).額定頻率我國(guó)工業(yè)用電頻率為50HZ99第一節(jié)變壓器的工作原理分類及結(jié)構(gòu)4.變壓器的額定值16第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行

什么是空載運(yùn)行？變壓器一次繞組加上交流電壓，二次繞組開路的運(yùn)行情況一.空載時(shí)的物理情況1.空載磁場(chǎng)空載電流i0

產(chǎn)生一個(gè)交變磁通勢(shì)i0N1，并建立交變磁場(chǎng)主磁通?m通過(guò)鐵心閉合的磁通量（占絕大部分）漏磁通?1ó通過(guò)油和空氣閉合的磁通量（占少量）單相變壓器空載運(yùn)行時(shí)的各物理量（圖3-2）100第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行

什么是空載運(yùn)行？單相變壓器

單相變壓器空載運(yùn)行時(shí)的各物理量（圖3-2）101

單相變壓器空載運(yùn)行時(shí)的各物理量（圖3-2）18第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行

2.主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)主磁通在一次繞組和二次繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：e1(t)=-N1dFm/dte2(t)=-N2dFm/dt3.感生漏電動(dòng)勢(shì)交鏈一次繞組的漏磁通在一次繞組中感生漏電動(dòng)勢(shì)e1s(t)=-N1dF1s/dt列出一次、二次繞組的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式u1=i0r1+(-e1s)+(-e1)=i0r1+N1dF1s/dt+N1dFm/dtu20=e2=-N2dFm/dt102第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行

2.主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)19(一)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與主磁通

1.變壓器感應(yīng)電勢(shì)1)主磁通若u1

隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，則?m也按正弦規(guī)律變化，設(shè)則對(duì)e1有：e1(t)=-N1dFm/dt=-wN1Fmcoswt=wN1Fmsin(wt-90°)=E1msin(wt-90°)而對(duì)e2有：e2(t)=-N2dFm/dt=-wN2Fmcoswt=wN2Fmsin(wt-90°)=E2msin(wt-90°)所以e1和e2

也按正弦規(guī)律變化

103(一)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與主磁通

1.變壓器感應(yīng)電勢(shì)20

磁通與電勢(shì)的關(guān)系(圖3-3）104

磁通與電勢(shì)的關(guān)系(圖3-3）21第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1、e2

在相位上滯后于?m

的電角度是90°有效值是:

3)相量表達(dá)式根據(jù)上述討論，有E1、E2的相量表達(dá)式為105第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)22

磁通Fm與電勢(shì)E1、E2的相量關(guān)系(圖3-4)106

磁通Fm與電勢(shì)E1、E2的相量關(guān)系(圖3-4)23第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行2.變壓器變比當(dāng)一次繞組上加上額定電壓U1N時(shí)，一般規(guī)定此時(shí)二次繞組開路電壓將是額定電壓U2N，因此可以認(rèn)為，變壓器的電壓比就是匝數(shù)比在三相變壓器中，電壓比規(guī)定為高壓繞組的線電壓與低壓繞組的線電壓之比107第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行2.變壓器變比24第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行(二)空載電流1）空載電流主要作用是在鐵心中建立磁場(chǎng)，產(chǎn)生主磁通2）空載時(shí)的變壓器實(shí)際上就是一個(gè)非線性電感器其磁通量與電流的關(guān)系，服從與鐵磁材料的磁化曲線?=f(i))

磁化曲線?=f(i)(圖3-5)108第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行(二)空載電流磁化曲線?=f3）磁滯作用與渦流現(xiàn)象使?(t)=f[i(t)]的關(guān)系復(fù)雜化

磁滯作用導(dǎo)致勵(lì)磁電流有功無(wú)功分量出現(xiàn)示意圖(圖3-6)1093）磁滯作用與渦流現(xiàn)象使?(t)=f[i(t)]的關(guān)系復(fù)雜第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行空載電流可認(rèn)為是勵(lì)磁電流，用Im表示，空載運(yùn)行時(shí)從電源輸入少量電功率p0，主要用來(lái)補(bǔ)償鐵心中的鐵損耗pFe，Im中含有有功IFe(損耗電流）和用以建立磁場(chǎng)的無(wú)功Iu(磁化電流）Im2=Im2+IFe2IFe=pFe/E1

@pFe/U1通常，Iu>>IFe，U1與Im之間相位角?0接近90°)

110第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行空載電流可認(rèn)為是勵(lì)磁電流，用I第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行(三)漏磁通與漏電抗設(shè)漏磁通所經(jīng)磁場(chǎng)磁阻Rm1，則由于漏磁通所通過(guò)的途徑是非磁性物質(zhì)，其磁導(dǎo)率是常數(shù)，所以漏磁通的大小與產(chǎn)生此漏磁通的繞組中的電流成正比所以漏電動(dòng)勢(shì)E1s

的有效值與電流Im

關(guān)系為

式中x1為一次繞組的漏電抗111第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行(三)漏磁通與漏電抗28二.空載運(yùn)行時(shí)電勢(shì)平衡方程式、相量圖及等效電路

1.空載運(yùn)行時(shí)電勢(shì)平衡方程

單相變壓器空載運(yùn)行時(shí)的各物理量如圖所示

112二.空載運(yùn)行時(shí)電勢(shì)平衡方程式、相量圖及等效電路

1.空載運(yùn)變壓器空載運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)勢(shì)平衡方程式如下：由主磁通產(chǎn)生的電勢(shì)E1與產(chǎn)生主磁通的勵(lì)磁電流Im之間存在關(guān)系，可以直接用參數(shù)形式來(lái)表示。由于Im中有有功分量與無(wú)功分量，故-E1

可表示為Im流過(guò)一個(gè)阻抗時(shí)所引起的阻抗壓降，即勵(lì)磁阻抗Zm,勵(lì)磁電抗xm,勵(lì)磁電阻rm變壓器空載運(yùn)行時(shí)原邊電動(dòng)勢(shì)平衡方程式如下其中Z1=r1+jx1

113302.空載運(yùn)行時(shí)等值電路

3.空載運(yùn)行時(shí)相量圖

1142.空載運(yùn)行時(shí)等值電路

3.空載運(yùn)行第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行4.應(yīng)注意的問(wèn)題注意r1、x1

是常量而勵(lì)磁阻抗的大小和變壓器工作點(diǎn)有關(guān)因鐵心中存在飽和現(xiàn)象，rm、xm

隨著飽和程度的增加而減小但當(dāng)電源電壓的變化范圍不大，對(duì)應(yīng)鐵心中磁通的變化為也不是很大時(shí)，Zm的值基本上可視為不變。115第二節(jié)單相變壓器的空載運(yùn)行4.應(yīng)注意的問(wèn)題32第三節(jié)

單相變壓器的基本方程式

一.負(fù)載運(yùn)行時(shí)變壓器內(nèi)部物理情況

116第三節(jié)

單相變壓器的基本方程式

一.負(fù)載運(yùn)行時(shí)變壓器內(nèi)第三節(jié)

單相變壓器的基本方程式

變壓器帶有負(fù)載時(shí)，變壓器內(nèi)的物理情況與空載時(shí)有所不同1.變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，二次繞組中的電流I2產(chǎn)生磁通勢(shì)I2N22.由于電源電壓恒定U1=常數(shù)，則E1@

常數(shù)，?m@

常數(shù)所以，產(chǎn)生主磁通的磁勢(shì)也不會(huì)改變，因此,達(dá)到新的平衡的條件是：繞組的電流增量DI1所產(chǎn)生的磁通勢(shì)，與二次繞組電流I2所產(chǎn)生的磁通勢(shì)相抵消，以維持主磁通基本不變。即Dì1N1+ì2N2=0

這表明，二次繞組的電流增加時(shí)，一次繞組的電流就相應(yīng)地增加，這樣，通過(guò)電磁感應(yīng)作用，變壓器把電能從一次側(cè)傳遞到二次側(cè)117第三節(jié)

單相變壓器的基本方程式

34

二.變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式

（一）磁通勢(shì)平衡方程式

ì1N1+ì2N2=ìmN1

（二）電動(dòng)勢(shì)平衡方程式

變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)磁通與各感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系圖

118

二.變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式

（一）磁通勢(shì)平衡方程式

第三節(jié)

單相變壓器的基本方程式

電動(dòng)勢(shì)平衡方程式ù1=-è1+ì1r1+jì1x1=-è1+ì1Z1ù2=è2-ì2r2-jì2x2=è2-ì2Z2歸納出變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式為ì1N1+ì2N2=ìmN1ù1=-è1+ì1Z1ù2=è2-ì2Z2-è1=ìmZmè1/è2=N1/N2=k119第三節(jié)

單相變壓器的基本方程式

電動(dòng)勢(shì)平衡方程式36第四節(jié)變壓器的等效電路及向量圖

1.問(wèn)題？是否可找到一個(gè)便于工程計(jì)算的單純電路,以代替無(wú)電路聯(lián)系、但有磁路耦合作用的實(shí)際變壓器。但這個(gè)電路必須能正確反映變壓器內(nèi)部電磁過(guò)程2.答案：有！這種電路稱為變壓器的等效電路前提條件是必須進(jìn)行繞組歸算120第四節(jié)變壓器的等效電路及向量圖

1.問(wèn)題？37第四節(jié)變壓器的等效電路及向量圖

一、繞組歸算 繞組歸算就是把二次繞組的匝數(shù)變換成一次繞組的匝數(shù)或者將一次繞組的匝數(shù)變換成二次繞組的匝數(shù)來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，但不改變其電磁效應(yīng)的一種分析方法(一)歸算原則：1、歸算前后的磁通勢(shì)平衡關(guān)系不變2、各種能量關(guān)系保持不變歸算值用原來(lái)的符號(hào)加'表示下面以二次側(cè)歸算到一次側(cè)為例121第四節(jié)變壓器的等效電路及向量圖

一、繞組歸算 38(二)電動(dòng)勢(shì)和電壓的歸算因?yàn)镹2‘=N1

所以：E2'=kE2(三)電流的歸算保持磁通勢(shì)在歸算前后不變，N2'I2'=N2I2，則

I2'=(N2/N2')I2=(N2/N1)I2=I2/k(四)阻抗的歸算保持歸算前后銅耗及漏感中無(wú)功功率不變的原則由:I2'2r2'=I22r2

得r2'=I22/I2'2r2=k2r2

由:I2'2x2'=I22x2

得x2'=I22/I2'2x2=k2x2

122(二)電動(dòng)勢(shì)和電壓的歸算39第四節(jié)變壓器的等效電路及向量圖

歸算后變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式將變?yōu)槿缦滦问建?+

ì2'=ìmù1=-è1+ì1Z1ù2'=è2'-ì2′Z2′-è1=ìmZmè1=è2'

123第四節(jié)變壓器的等效電路及向量圖

歸算后變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基二.變壓器等效電路

單相變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)各物理量的關(guān)系如圖所示

124二.變壓器等效電路

單相變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)各物理量的關(guān)系如圖第四節(jié)變壓器的等效電路及向量圖

由于N2′=N1，這是電壓比等于1的變壓器,因此，E2′=E1，圖中a-b和c-d是等電位點(diǎn)用導(dǎo)線把它們聯(lián)接起來(lái)，考慮到ì1+

ì2′=ìmè1=-ìmZm

則得等值電路如圖：125第四節(jié)變壓器的等效電路及向量圖

由于N2′=N1，三.相量圖

根據(jù)變壓器得“T”形等效電路，可畫出相應(yīng)得相量圖

126三.相量圖

根據(jù)變壓器得“T”形等效電路，可畫出相應(yīng)得相量圖四.近似等值電路

1.Γ字型等效電路

考慮到一般變壓器中，Zm>>Z1，若把勵(lì)磁支路前移，可得Γ字型近似等效電路如下：

近似等效電路可用于分析計(jì)算變壓器負(fù)載運(yùn)行的某些問(wèn)題

如二次側(cè)電壓變化,并聯(lián)運(yùn)行的負(fù)載分配等

127四.近似等值電路

1.Γ字型等效電路

考慮到一般變壓器

2.一字型等效電路

由于一般變壓器Im>>IN，進(jìn)一步把勵(lì)磁Im

忽略不計(jì)，得到變壓器一字型近似等效電路如下：

其中：rs

短路電阻,xs

短路電抗，Zs

短路阻抗，統(tǒng)稱為變壓器的短路參數(shù)

128

2.一字型等效電路

由于一般變壓器Im>>IN，第五節(jié)變壓器等效電路參數(shù)的測(cè)定

一.空載試驗(yàn)

1.空載試驗(yàn)的目的：測(cè)定變壓器的電壓比K、鐵耗pFe以及等效電路中的勵(lì)磁阻抗Zm

2.單相變壓器空載試驗(yàn)電路

單相變壓器空載試驗(yàn)按下圖接線

129第五節(jié)變壓器等效電路參數(shù)的測(cè)定

一.空載試驗(yàn)

1.空載試驗(yàn)3.單相變壓器空載試驗(yàn)方法在額定頻率、正弦的額定電壓U1N

作用下測(cè)讀U1、I10、p0和U20z0

=(U1/I0)

=sqrt((r1+rm)2+(x1+xm)2)因?yàn)?Zm>>Z1、rm>>r1、xm>>x1則z0

@zm

r0=p0/I102

@rmx0

=

@xm電壓比:k=U1/U20空載試驗(yàn)一般在低壓側(cè)進(jìn)行三相變壓器必須采用每相值進(jìn)行計(jì)算1303.單相變壓器空載試驗(yàn)方法47二.短路試驗(yàn)

1.短路試驗(yàn)的目的：測(cè)定變壓器等效電路中的短路參數(shù)

2.單相變壓器短路試驗(yàn)電路

單相變壓器短路試驗(yàn)的接線圖如圖所示

131二.短路試驗(yàn)

1.短路試驗(yàn)的目的：測(cè)定變壓器等效電路中的短路第五節(jié)變壓器等效電路參數(shù)的測(cè)定3.單相變壓器短路試驗(yàn)方法注意事項(xiàng)：*短路試驗(yàn)時(shí)，在一次側(cè)所加的電壓必須降低*通常使一次、二次側(cè)電流達(dá)到額定值為止因?yàn)樵囼?yàn)電壓很低，主磁通很小，可忽略勵(lì)磁電流和鐵耗，可以認(rèn)為變壓器從電源輸入功率ps

作為銅耗完全消耗在一次、二次繞組ps=Is2rs

@pcu=I12r1+I2'2r2'zs

@Us/Is;

xs

@

sqrt(zs2-rs2)rs

@ps/Is2

4.阻抗電壓當(dāng)繞組中電流達(dá)到額定值，加在一次繞組上的短路電壓應(yīng)是Us=I1NZs75°c稱為阻抗電壓或短路電壓.用一次側(cè)電壓的百分值表示

Us*=(Us/U1N)100%

=(I1NZs75°c/U1N)100%132第五節(jié)變壓器等效電路參數(shù)的測(cè)定49第五節(jié)變壓器等效電路參數(shù)的測(cè)定三.相對(duì)值概念阻抗電壓相對(duì)值在變壓器計(jì)算中，把阻抗電壓Us

表示成額定電壓的相對(duì)值

短路阻抗相對(duì)值Zs*就是短路阻抗與阻抗基值之比選定阻抗基值ZN

為額定電壓U1N

與額定I1N

之比可見(jiàn)短路阻抗相對(duì)值Zs*

與阻抗電壓相對(duì)值相等

133第五節(jié)變壓器等效電路參數(shù)的測(cè)定三.相對(duì)值概念50第六節(jié)三相變壓器

三相變壓器的兩種形式：

1、三個(gè)獨(dú)立單相變壓器組成的變壓器組，稱為三相組式變壓器。三相組式變壓器及聯(lián)結(jié)如圖所示

134第六節(jié)三相變壓器

分析單相變壓器時(shí)的所得的基本方程式、等效電路、相量圖以及即將探討的運(yùn)行特性分析等方法完全適用于三相變壓器

2、鐵心為三相所共有的三相變壓器叫三相芯式變壓器如圖所示135分析單相變壓器時(shí)的所得的基本方程式、等效電路、相量圖以第六節(jié)三相變壓器

一.三相變壓器的電路系統(tǒng)--連接組（一）聯(lián)結(jié)法繞組的首端和末端的標(biāo)志規(guī)定

136第六節(jié)三相變壓器

一.三相變壓器的電路系統(tǒng)--連接組51.星形聯(lián)結(jié)用符號(hào)“Y（或y)”表示三個(gè)首端A、B、C（或a、b、c)向外引出末端X、Y、Z（或x、y、z）連接在一起成為中性點(diǎn)2.三角形聯(lián)結(jié)用符號(hào)“D（或d）”表示各相間聯(lián)結(jié)次序?yàn)锳-X-C-Z-B-Y（或a-x-c-z-b-y)從首端A、B、C（或a、b、c）向外引出1371.星形聯(lián)結(jié)用符號(hào)“Y（或y)”表示54（二）聯(lián)結(jié)組

三相繞組無(wú)論采用什么聯(lián)結(jié)法，二次側(cè)線電動(dòng)勢(shì)的相位差總是30°的倍數(shù)，因此采用鐘表面上12個(gè)數(shù)字來(lái)表示1.時(shí)鐘表示法把高壓側(cè)線電動(dòng)勢(shì)的相量作為分針，始終指著“12”這個(gè)數(shù)字而以低壓側(cè)線電動(dòng)勢(shì)的相量作為時(shí)針，它所指的數(shù)字即表示高、低壓側(cè)線電動(dòng)勢(shì)相量間的相位差這個(gè)數(shù)字稱為三相變壓器聯(lián)結(jié)組的“標(biāo)號(hào)”

2.單相變壓器的聯(lián)結(jié)單相變壓器或三相變壓器中某相高、低壓繞組的聯(lián)結(jié)組問(wèn)題其實(shí)質(zhì)為電路理論中互感線圈的同名端問(wèn)題

138（二）聯(lián)結(jié)組5513956由給定原理圖確定變壓器的連接組標(biāo)號(hào)（1）畫原、副邊相量圖：原理圖上字母從左向右排列，相量圖上為順時(shí)針排列；（2）同一鐵心柱上的兩個(gè)相量，要么同相，要么反相；（3）確定比較相量，即下標(biāo)字母相同的原、副邊兩個(gè)線電壓。例如：UAB和uab，且相量方向均為下標(biāo)的第一個(gè)字母指向第二個(gè)字母；（4）旋轉(zhuǎn)相量圖，將原邊線電壓相量作為分針指向鐘表“12”，副邊對(duì)應(yīng)線電壓相量所指的字母即為連接組標(biāo)號(hào)。140由給定原理圖確定變壓器的連接組標(biāo)號(hào)5714158由聯(lián)結(jié)組通過(guò)電勢(shì)相量確定三相變壓器的電路圖表達(dá)

142由聯(lián)結(jié)組通過(guò)電勢(shì)相量確定三相變壓器的電路圖表達(dá)

59由電路圖表達(dá)獲得三相變壓器的具體連接

143由電路圖表達(dá)獲得三相變壓器的具體連接60由聯(lián)結(jié)組通過(guò)電勢(shì)相量確定三相變壓器的電路圖表達(dá)圖

144由聯(lián)結(jié)組通過(guò)電勢(shì)相量確定三相變壓器的電路圖表達(dá)圖61二.三相變壓器的磁路系統(tǒng)--鐵心的結(jié)構(gòu)形式

三相變壓器的磁路系統(tǒng)

145二.三相變壓器的磁路系統(tǒng)--鐵心的結(jié)構(gòu)形式

三相變壓器的磁三相心式變壓器的磁路系統(tǒng)的演變

146三相心式變壓器的磁路系統(tǒng)的演變63第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

一.變壓器的運(yùn)行特性變壓器的運(yùn)行特性指變壓器二次側(cè)端電壓的變化和變壓器的效率(一)變壓器負(fù)載時(shí)二次側(cè)端電壓的變化(電壓調(diào)整率)1.什么是變壓器的外特性？變壓器一次側(cè)外施電壓額定電壓U1=U1N、負(fù)載功率因數(shù)cosj2

不變時(shí),二次側(cè)端電壓U2

隨二次側(cè)負(fù)載電流I2變化的關(guān)系曲線.即U2=f(I2)，一般用電壓調(diào)整率表示147第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

一.變壓器的運(yùn)行特性64第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

2.電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率表征了電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，反映了電能的質(zhì)量，是變壓器的主要性能之一。DU%規(guī)定為：一次側(cè)加額定電壓、負(fù)載功率因數(shù)為一定值時(shí)，空載與負(fù)載時(shí)二次側(cè)端電壓之差(U20-U2)與二次側(cè)額定電壓U2N

的比例（用百分值表示）DU%=(U20-U2)/U2N100%

=(U2N-U2)/U2N100%

=(U1N-U2')/U1N100%

采用簡(jiǎn)化等值電路時(shí)變壓器電壓電流關(guān)系如圖所示

148第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

2.電壓調(diào)整率采用簡(jiǎn)化等值電路時(shí)第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

由上圖可以看出：``ab=I1rscosj2+I1xssinj2可見(jiàn):DU%=(U1N-U2')/U1N100%@``ab/U1N·100%

=

(I1rscosj2+I1xssinj2)/U1N·100%=b(I1Nrscosj2+I1Nxssinj2)/U1N·100%其中:b=I1/I1N電壓調(diào)整率決定于：1)短路參數(shù)rs，xs2)負(fù)載系數(shù)b3)負(fù)載的功率因數(shù)149第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

由上圖可以看出：66第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

1.鐵耗基本鐵耗--主要是磁滯損耗與渦流損耗磁滯損耗與硅鋼片材料的性質(zhì)、磁通密度的最大值以及頻率有關(guān)渦流損耗與硅鋼片的厚度、電阻率、磁通密度有關(guān)2.銅耗基本銅耗指一、二次繞組內(nèi)電流所引起的直流電阻損耗附加銅耗主要是由漏磁通所引起的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)產(chǎn)生的額外損耗3.效率變壓器的效率指其輸出的有功功率與輸入的有功功率之比工程上采用間接法測(cè)定變壓器的效率，即測(cè)出各種損耗以計(jì)算效率h=1-Sp/(P2+Sp)150第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

1.鐵耗67第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

假設(shè)(1)以額定電壓下的空載損耗p0作為鐵耗pFe,并認(rèn)為鐵耗不隨負(fù)載而變.(2)以額定電流時(shí)的負(fù)載損耗pLN

作為額定電流時(shí)之銅耗pcu,并認(rèn)為負(fù)載系數(shù)?的平方成正比,有pcu=b2pLN(3)計(jì)算P2時(shí),忽略負(fù)載運(yùn)行時(shí)的二次側(cè)電壓的變化，即認(rèn)為:P2=m·U2NI2cosj2=b·m·U2NI2Ncosj2=bSNcosj2這樣就可以得到：效率特性如下151第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

假設(shè)68第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

5.變壓器效率計(jì)算公式h=1-(p0+b2pLN)/(bSNcosj2+p0+b2pLN)6.變壓器的效率特性變壓器的效率特性曲線如圖所示152第七節(jié)變壓器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

5.變壓器效率計(jì)算公式69一、自耦變壓器U1

U2u2

u1

+-+-U1

I1

U2

II2

原付邊共用一部分繞組的變壓器。（一）特點(diǎn)：1、原付繞組既有磁的聯(lián)系，又有電的聯(lián)系。2、能量傳遞，既有磁場(chǎng)傳遞的，又有直接傳遞的。153一、自耦變壓器U1U2