電機與電力電子技術-變壓器-電子課件

變壓器3.1變壓器的工作原理與結構3.2變壓器的空載運行3.3變壓器的負載運行3.4變壓器的參數測定3.5變壓器的運行特性3.6三相變壓器3.7特殊變壓器變壓器3.1變壓器的工作原理與結構

變壓器是一種靜止的電氣設備，根據電磁感應原理，將一種形態(tài)（電壓、電流）的交流電能，轉換成另一種形態(tài)的交流電能。

具體點，變壓器是一種靜止的電機，它利用電磁感應原理將一種電壓、電流的交流電能轉換成同頻率的另一種電壓、電流的電能。3.1變壓器的工作原理與結構3.1.1變壓器的工作原理變壓器是一種靜止的電氣設備，根據電磁感應原

變壓器(單相)的主要部件是鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。在一次繞組中加上交變電壓，產生交鏈一、二次繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應電動勢。

只要一、二次繞組的匝數不同，就能達到改變電壓的目的。3.1變壓器的工作原理與結構名稱？變壓器(單相)的主要部件是鐵心和套在鐵心上的3.1變壓器的工作原理與結構問題：鐵芯為何采用硅鋼片疊壓而成？3.1變壓器的工作原理與結構問題：鐵芯為何采用硅鋼片疊壓而3.1變壓器的工作原理與結構3.1.2變壓器的基本結構一、鐵心

變壓器的主磁路，為了提高導磁性能和減少鐵損，用0.35mm-0.5mm厚、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。二、繞組

變壓器的電路，一般用絕緣銅線或鋁線繞制而成。三、油箱

油浸式變壓器的器身浸在變壓器油的油箱中。油是冷卻介質，又是絕緣介質。油箱側壁有冷卻用的管子（散熱器或冷卻器）。四、絕緣套管

將線圈的高、低壓引線引到箱外，是引線對地的絕緣，擔負著固定的作用。3.1變壓器的工作原理與結構3.1.2變壓器的基本結構一3.1變壓器的工作原理與結構3.1變壓器的工作原理與結構3.1變壓器的工作原理與結構3.1.3變壓器的主要種類

按繞組數目分：單繞組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。

按相數分：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。

按冷卻介質和冷卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器。按用途分電力變壓器（升壓、降壓、配電變壓器）特種變壓器（電爐、整流變壓器）儀用互感器（電壓、電流互感器等）實驗用變壓器（高壓、調壓、自耦變壓器）3.1變壓器的工作原理與結構3.1.3變壓器的主要種類3.1變壓器的工作原理與結構

按結構型式即磁路結構分：芯式和殼式變壓器。3.1變壓器的工作原理與結構按結構型式即磁路結構分：芯式電力變壓器電源變壓器環(huán)形變壓器接觸調壓器控制變壓器三相干式變壓器3.1變壓器的工作原理與結構電力變壓器電源變壓器環(huán)形變壓器接觸調壓器控制變壓器三相干式變3.1變壓器的工作原理與結構3.1.3變壓器的額定值指銘牌規(guī)定的額定使用條件下所能輸出的視在功率。指在額定容量下，允許長期通過的額定電流。在三相變壓器中指的是線電流指長期運行時所能承受的工作電壓三者關系：此外，額定值還有額定頻率、效率、溫升等。3.1變壓器的工作原理與結構3.1.3變壓器的額定值指銘3.2變壓器的空載運行

3.2變壓器的空載運行1、主磁通感應的電動勢——主電動勢設則有效值相量同理，二次主電動勢也有同樣的結論。

可見，當主磁通按正弦規(guī)律變化時，所產生的一次主電動勢也按正弦規(guī)律變化，時間相位上滯后主磁通。主電動勢的大小與電源頻率、繞組匝數及主磁通的最大值成正比。3.2變壓器的空載運行

一、電動勢1、主磁通感應的電動勢——主電動勢設則有效值相量同理，二次主2、漏磁通感應的電動勢——漏電動勢漏電動勢也可以用漏抗壓降來表示，即根據主電動勢的分析方法，同樣有由于漏磁通主要經過非鐵磁路徑,磁路不飽和,故磁阻很大且為常數,所以漏電抗很小且為常數,它不隨電源電壓負載情況而變.3.2變壓器的空載運行

2、漏磁通感應的電動勢——漏電動勢漏電動勢也可以用漏抗壓降來二、空載電流1、作用與組成2、性質和大小性質：由于空載電流的無功分量遠大于有功分量，所以空載電流主要是感性無功性質——也稱勵磁電流；空載電流包含兩個分量，一個是勵磁分量，作用是建立磁場，產生主磁通——無功分量；另一個是鐵損耗分量，作用是供變壓器鐵心損耗——有功分量。3.2變壓器的空載運行

二、空載電流1、作用與組成2、性質和大小性質：由于空載電流的對于已制成變壓器，鐵損與磁通密度幅值的平方成正比，與電流頻率的1.3次方成正比，即空載損耗約占額定容量的0.2%~1%，而且隨變壓器容量的增大而下降。為減少空載損耗，改進設計結構的方向是采用優(yōu)質鐵磁材料：優(yōu)質硅鋼片、激光化硅鋼片或應用非晶態(tài)合金。變壓器空載時，一次側從電源吸收少量的有功功率，用來供給鐵損和繞組銅損。由于和均很小，所以，即空載損耗近似等于鐵損。三、空載損耗3.2變壓器的空載運行

對于已制成變壓器，鐵損與磁通密度幅值的平方成正比，與電流頻率四、電動勢平衡方程和變比1、電動勢平衡平衡方程（1）一次側電動勢平衡方程忽略很小的漏阻抗壓降，并寫成有效值形式，有則可見，影響主磁通大小的因素有電源電壓、電源頻率和一次側線圈匝數。3.2變壓器的空載運行

四、電動勢平衡方程和變比1、電動勢平衡平衡方程（1）一次側電（2）二次側電動勢平衡方程2、變比定義3.2變壓器的空載運行

（2）二次側電動勢平衡方程2、變比定義3.2變壓器的空載運五、空載時的等效電路和相量圖1、等效電路3.2變壓器的空載運行

，為一次繞組的漏阻抗稱為勵磁阻抗五、空載時的等效電路和相量圖1、等效電路3.2變壓器的空載3.2變壓器的空載運行

3.2變壓器的空載運行2、相量圖根據前面所學的方程，可作出變壓器空載時的相量圖：

以為參考相量3.2變壓器的空載運行

2、相量圖根據前面所學的方程，可作出變壓器空載時的相量圖：3.3變壓器的負載運行3.3變壓器的負載運行3.3變壓器的負載運行3.3.1電磁關系3.3變壓器的負載運行3.3.1電磁關系3.3變壓器的負載運行3.3變壓器的負載運行3.3變壓器的負載運行3.3.2變壓器繞組的折算3.3變壓器的負載運行3.3.2變壓器繞組的折算折算總結：將變壓器的二次（一次）繞組用另一個繞組來等效，同時對該繞組的電磁量作相應變換，以保持兩側電磁關系不變。目的：產生一個等效的電路代替實際的變壓器，利于分析。3.3變壓器的負載運行根據折算前后二次側磁動勢不變的原則，可得

由于折算前后主磁通未改變，根據電動勢與匝數成正比的關系，可得

折算總結：將變壓器的二次（一次）繞組用另一個繞組來等效，同時3.3變壓器的負載運行為了保持折算前、后二次繞組的銅損耗不變，則有即

同理可得：3.3變壓器的負載運行為了保持折算前、后二次繞組的銅損耗不3.3變壓器的負載運行經過折算，變壓器負載運行的基本方程如下3.3變壓器的負載運行經過折算，變壓器負載運行的基本方程如3.3變壓器的負載運行3.3.2等效電路和相量圖3.3變壓器的負載運行3.3.2等效電路和相量圖3.3變壓器的負載運行3.3變壓器的負載運行3.3變壓器的負載運行3.3變壓器的負載運行3.3變壓器的負載運行3.3變壓器的負載運行3.4變壓器的參數測定3.4.1空載實驗一、目的：通過測量空載電流和一、二次電壓及空載功率來計算變比、空載電流百分數、鐵損和勵磁阻抗。二、接線圖三、要求及分析1）低壓側加電壓，高壓側開路；WAVV~**3.4變壓器的參數測定3.4.1空載實驗一、目的：通過測3.4變壓器的參數測定空載特性3.4變壓器的參數測定空載特性3.4變壓器的參數測定3.4.2短路實驗一、目的：通過測量短路電流、短路電壓及短路功率來計算變壓器的短路電壓百分數、銅損和短路阻抗。二、接線圖三、要求及分析WAV~**3）同時記錄實驗室的室溫；1）高壓側加電壓，低壓側短路；4）由于外加電壓很小，主磁通很少，鐵損耗很少，忽略鐵損，認為。3.4變壓器的參數測定3.4.2短路實驗一、目的：通過測3.4變壓器的參數測定短路特性3.4變壓器的參數測定短路特性3.4.3標么值

標么值,就是指某一物理量的實際值與選定的同一單位的基準值的比值,即一、定義二、基準值的確定1、通常以額定值為基準值。

2、各側的物理量以各自側的額定值為基準；

線值以額定線值為基準值，相值以額定相值為基準值；單相值以額定單相值為基準值，三相值以額定三相值為基準值；3.4變壓器的參數測定3.4.3標么值標么值,就是指某一物理量的實三、優(yōu)點3、折算前、后的標么值相等。線值的標么值=相值的標么值；單相值的標么值=三相值的標么值；

1、額定值的標么值為1。

2、百分值=標么值×100%

；4、某些意義不同的物理量標么值相等（如線值與相值）四、缺點標么值沒有單位，物理意義不明確。3.4變壓器的參數測定三、優(yōu)點3、折算前、后的標么值相等。線值的標么值=相值的標么3.5變壓器的運行特性3.5.1變壓器的外特性3.5變壓器的運行特性3.5.1變壓器的外特性3.5變壓器的運行特性3.5.2變壓器的效率特性

為負載系數，等于負載電流除以額定負載電流。3.5變壓器的運行特性3.5.2變壓器的效率特性

電力系統(tǒng)普遍采用三相供電制，電力系統(tǒng)用的最多的是三相變壓器。

當三相變壓器的原邊和副邊繞組均以一定的接法銜接，帶上三相對稱負載，原邊加上對稱的三相電壓時，因為三相對稱電壓本身大小相等、相位互差1200，因此求得一相的電壓、電流，其它兩相按對稱關系即可求出。

3.6三相變壓器電力系統(tǒng)普遍采用三相供電制，電力系統(tǒng)用的最三相變壓器連接法：ABCXYZ星形連接ABCXYZ三角形連接高壓繞組首端由A、B、C表示，末端由X、Y、Z表示；低壓繞組首端由a、b、c表示，末端由x、y、z表示。末端連在一起，首端引出，為星形連接“Y”，中點引出Yo；一相繞組末端與另一相繞組首端相連，依次得到一閉合回路，為三角形連接“”。

3.6三相變壓器三相變壓器連接法：ABCXYZ星形連接ABCXYZ三角形連接3.7.1自耦變壓器原副邊共用一套繞組的變壓器。

電壓比：3.7特殊變壓器3.7.1自耦變壓器原副邊共用一套繞組的變壓器。電壓比：自耦變壓器總結:優(yōu)點：與額定容量相同的普通變壓器比，消耗的材料少、體積小、造價低，同時效率高。缺點：原、副邊電路有直接的聯(lián)系，變壓器內部絕緣和防過電壓的措施要加強。

3.7特殊變壓器自耦變壓器總結:優(yōu)點：3.7特殊變壓器

原邊由多匝導線構成，接到被測的高電壓上。利用原、副邊匝數不同，把原邊高電壓變成副邊的低電壓，送儀表電流線圈測量或控制。

電壓互感器線圈阻抗大，近似開路，近似一個開路運行的單相變壓器。3.7特殊變壓器3.7.3電壓互感器原邊由多匝導線構成，接到被測的高電壓上。利電壓互感器注意事項：（1）副邊絕對不允許短路。正常運行時，接近空載。短路時，電流將變得很大，引起繞組過熱而燒毀。（2）副邊可靠接地；（3）串入阻抗值不能太??；副邊阻抗小后，原、副邊電流增大，原、副邊漏阻抗壓降增加，誤差增加。3.7特殊變壓器電壓互感器注意事項：（1）副邊絕對不允許短路。（2）副邊

原邊由1匝和幾匝截面較大的導線構成。利用原、副邊匝數不同，變成副邊的小電流，送儀表電流線圈測量或控制。

電流互感器是一個近似短路運行的單相變壓器。3.7.2電流互感器3.7特殊變壓器原邊由1匝和幾匝截面較大的導線構成。利用原、電流互感器注意事項：（1）副邊絕對不允許開路。開路時，原邊電流將成為勵磁電流，造成鐵損耗急劇上升，過熱，燒毀絕緣，并在副邊出現極高的電壓。（2）副邊可靠接地；（3）串入阻抗值不能超過規(guī)定值；副邊阻抗大后，副邊電流減小，勵磁電流增大，誤差增加。3.7特殊變壓器電流互感器注意事項：（1）副邊絕對不允許開路。開路時，變壓器3.1變壓器的工作原理與結構3.2變壓器的空載運行3.3變壓器的負載運行3.4變壓器的參數測定3.5變壓器的運行特性3.6三相變壓器3.7特殊變壓器變壓器3.1變壓器的工作原理與結構

變壓器是一種靜止的電氣設備，根據電磁感應原理，將一種形態(tài)（電壓、電流）的交流電能，轉換成另一種形態(tài)的交流電能。

具體點，變壓器是一種靜止的電機，它利用電磁感應原理將一種電壓、電流的交流電能轉換成同頻率的另一種電壓、電流的電能。3.1變壓器的工作原理與結構3.1.1變壓器的工作原理變壓器是一種靜止的電氣設備，根據電磁感應原

變壓器(單相)的主要部件是鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。在一次繞組中加上交變電壓，產生交鏈一、二次繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應電動勢。

只要一、二次繞組的匝數不同，就能達到改變電壓的目的。3.1變壓器的工作原理與結構名稱？變壓器(單相)的主要部件是鐵心和套在鐵心上的3.1變壓器的工作原理與結構問題：鐵芯為何采用硅鋼片疊壓而成？3.1變壓器的工作原理與結構問題：鐵芯為何采用硅鋼片疊壓而3.1變壓器的工作原理與結構3.1.2變壓器的基本結構一、鐵心

變壓器的主磁路，為了提高導磁性能和減少鐵損，用0.35mm-0.5mm厚、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。二、繞組

變壓器的電路，一般用絕緣銅線或鋁線繞制而成。三、油箱

油浸式變壓器的器身浸在變壓器油的油箱中。油是冷卻介質，又是絕緣介質。油箱側壁有冷卻用的管子（散熱器或冷卻器）。四、絕緣套管

將線圈的高、低壓引線引到箱外，是引線對地的絕緣，擔負著固定的作用。3.1變壓器的工作原理與結構3.1.2變壓器的基本結構一3.1變壓器的工作原理與結構3.1變壓器的工作原理與結構3.1變壓器的工作原理與結構3.1.3變壓器的主要種類

按繞組數目分：單繞組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。

按相數分：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。

按冷卻介質和冷卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器。按用途分電力變壓器（升壓、降壓、配電變壓器）特種變壓器（電爐、整流變壓器）儀用互感器（電壓、電流互感器等）實驗用變壓器（高壓、調壓、自耦變壓器）3.1變壓器的工作原理與結構3.1.3變壓器的主要種類3.1變壓器的工作原理與結構

按結構型式即磁路結構分：芯式和殼式變壓器。3.1變壓器的工作原理與結構按結構型式即磁路結構分：芯式電力變壓器電源變壓器環(huán)形變壓器接觸調壓器控制變壓器三相干式變壓器3.1變壓器的工作原理與結構電力變壓器電源變壓器環(huán)形變壓器接觸調壓器控制變壓器三相干式變3.1變壓器的工作原理與結構3.1.3變壓器的額定值指銘牌規(guī)定的額定使用條件下所能輸出的視在功率。指在額定容量下，允許長期通過的額定電流。在三相變壓器中指的是線電流指長期運行時所能承受的工作電壓三者關系：此外，額定值還有額定頻率、效率、溫升等。3.1變壓器的工作原理與結構3.1.3變壓器的額定值指銘3.2變壓器的空載運行

3.2變壓器的空載運行1、主磁通感應的電動勢——主電動勢設則有效值相量同理，二次主電動勢也有同樣的結論。

可見，當主磁通按正弦規(guī)律變化時，所產生的一次主電動勢也按正弦規(guī)律變化，時間相位上滯后主磁通。主電動勢的大小與電源頻率、繞組匝數及主磁通的最大值成正比。3.2變壓器的空載運行

一、電動勢1、主磁通感應的電動勢——主電動勢設則有效值相量同理，二次主2、漏磁通感應的電動勢——漏電動勢漏電動勢也可以用漏抗壓降來表示，即根據主電動勢的分析方法，同樣有由于漏磁通主要經過非鐵磁路徑,磁路不飽和,故磁阻很大且為常數,所以漏電抗很小且為常數,它不隨電源電壓負載情況而變.3.2變壓器的空載運行

2、漏磁通感應的電動勢——漏電動勢漏電動勢也可以用漏抗壓降來二、空載電流1、作用與組成2、性質和大小性質：由于空載電流的無功分量遠大于有功分量，所以空載電流主要是感性無功性質——也稱勵磁電流；空載電流包含兩個分量，一個是勵磁分量，作用是建立磁場，產生主磁通——無功分量；另一個是鐵損耗分量，作用是供變壓器鐵心損耗——有功分量。3.2變壓器的空載運行

二、空載電流1、作用與組成2、性質和大小性質：由于空載電流的對于已制成變壓器，鐵損與磁通密度幅值的平方成正比，與電流頻率的1.3次方成正比，即空載損耗約占額定容量的0.2%~1%，而且隨變壓器容量的增大而下降。為減少空載損耗，改進設計結構的方向是采用優(yōu)質鐵磁材料：優(yōu)質硅鋼片、激光化硅鋼片或應用非晶態(tài)合金。變壓器空載時，一次側從電源吸收少量的有功功率，用來供給鐵損和繞組銅損。由于和均很小，所以，即空載損耗近似等于鐵損。三、空載損耗3.2變壓器的空載運行

對于已制成變壓器，鐵損與磁通密度幅值的平方成正比，與電流頻率四、電動勢平衡方程和變比1、電動勢平衡平衡方程（1）一次側電動勢平衡方程忽略很小的漏阻抗壓降，并寫成有效值形式，有則可見，影響主磁通大小的因素有電源電壓、電源頻率和一次側線圈匝數。3.2變壓器的空載運行

四、電動勢平衡方程和變比1、電動勢平衡平衡方程（1）一次側電（2）二次側電動勢平衡方程2、變比定義3.2變壓器的空載運行

（2）二次側電動勢平衡方程2、變比定義3.2變壓器的空載運五、空載時的等效電路和相量圖1、等效電路3.2變壓器的空載運行

，為一次繞組的漏阻抗稱為勵磁阻抗五、空載時的等效電路和相量圖1、等效電路3.2變壓器的空載3.2變壓器的空載運行

3.2變壓器的空載運行2、相量圖根據前面所學的方程，可作出變壓器空載時的相量圖：

以為參考相量3.2變壓器的空載運行

2、相量圖根據前面所學的方程，可作出變壓器空載時的相量圖：3.3變壓器的負載運行3.3變壓器的負載運行3.3變壓器的負載運行3.3.1電磁關系3.3變壓器的負載運行3.3.1電磁關系3.3變壓器的負載運行3.3變壓器的負載運行3.3變壓器的負載運行3.3.2變壓器繞組的折算3.3變壓器的負載運行3.3.2變壓器繞組的折算折算總結：將變壓器的二次（一次）繞組用另一個繞組來等效，同時對該繞組的電磁量作相應變換，以保持兩側電磁關系不變。目的：產生一個等效的電路代替實際的變壓器，利于分析。3.3變壓器的負載運行根據折算前后二次側磁動勢不變的原則，可得

由于折算前后主磁通未改變，根據電動勢與匝數成正比的關系，可得

折算總結：將變壓器的二次（一次）繞組用另一個繞組來等效，同時3.3變壓器的負載運行為了保持折算前、后二次繞組的銅損耗不變，則有即

同理可得：3.3變壓器的負載運行為了保持折算前、后二次繞組的銅損耗不3.3變壓器的負載運行經過折算，變壓器負載運行的基本方程如下3.3變壓器的負載運行經過折算，變壓器負載運行的基本方程如3.3變壓器的負載運行3.3.2等效電路和相量圖3.3變壓器的負載運行3.3.2等效電路和相量圖3.3變壓器的負載運行3.3變壓器的負載運行3.3變壓器的負載運行3.3變壓器的負載運行3.3變壓器的負載運行3.3變壓器的負載運行3.4變壓器的參數測定3.4.1空載實驗一、目的：通過測量空載電流和一、二次電壓及空載功率來計算變比、空載電流百分數、鐵損和勵磁阻抗。二、接線圖三、要求及分析1）低壓側加電壓，高壓側開路；WAVV~**3.4變壓器的參數測定3.4.1空載實驗一、目的：通過測3.4變壓器的參數測定空載特性3.4變壓器的參數測定空載特性3.4變壓器的參數測定3.4.2短路實驗一、目的：通過測量短路電流、短路電壓及短路功率來計算變壓器的短路電壓百分數、銅損和短路阻抗。二、接線圖三、要求及分析WAV~**3）同時記錄實驗室的室溫；1）高壓側加電壓，低壓側短路；4）由于外加電壓很小，主磁通很少，鐵損耗很少，忽略鐵損，認為。3.4變壓器的參數測定3.4.2短路實驗一、目的：通過測3.4變壓器的參數測定短路特性3.4變壓器的參數測定短路特性3.4.3標么值

標么值,就是指某一物理量的實際值與選定的同一單位的基準值的比值,即一、定義二、基準值的確定1、通常以額定值為基準值。

2、各側的物理量以各自側的額定值為基準；

線值以額定線值為基準值，相值以額定相值為基準值；單相值以額定單相值為基準值，三相值以額定三相值為基準值；3.4變壓器的參數測定3.4.3標么值標么值,就是指某一物理量的實三、優(yōu)點3、折算前、后的標么值相等。線值的標么值=相值的標么值；單相值的標么值=三相值的標么值；

1、額定值的標么值為1。

2、百分值=標么值×100%

；4、某些意義不同的物理量標么值相等（如線值與相值）四、缺點標么值沒有單位，物理意義不明確。3.4變壓器的參數測定三、優(yōu)點3、折算前、后的標么值相等。線值的標么值=相值的標么3.5變壓器的運行特性3.5.1變壓器的外特性3.5變壓器的運行特性3.5.1變壓器的外特性3.5變壓器的運行特性3.5.2變壓器的效率特性

為負載系數，等于負載電流除以額定負載電流。3.5變壓器的運行特性3.5.2變壓器的效率特性

電力系統(tǒng)普遍采用三相供電制，電力系統(tǒng)用的最多的是三相變壓器。

當三相變壓器的原邊和副邊繞組均以一定的接法銜接，帶上三相對稱負載，原邊加上對稱的三相電壓時，因為三相對稱電壓本身大小相等、相位互差1200，因此求得一相的電壓、電流，其它兩相按對稱關系即可求出。

3.6三相變壓器電力系統(tǒng)普遍采用三相供電制，電力系統(tǒng)用的最