變壓器空載短路

變壓器空載短路第一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日1.1.2變壓器的工作原理一、基本工作原理

變壓器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。在原繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈原、副繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應電動勢。

只要原、副繞組的匝數(shù)不同，就能達到改變電壓的目的。第二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日空載運行：是指當變壓器原繞組接交流電源，副繞組開路，即i2=0時的狀態(tài)?？蛰d時原繞組中的交變電流稱為空載電流單相變壓器的空載運行第三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日

單相變壓器的空載運行電磁關(guān)系第四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日主磁通和漏磁通在性質(zhì)上的不同：

1）由于鐵磁材料有飽和現(xiàn)象，所以主磁路的磁阻不是常數(shù)，主磁通與建立它的電流之間呈非線性關(guān)系。而漏磁通的磁路大部分是非鐵磁材料組成，所以漏磁路的磁阻基本上是常數(shù)，漏磁通與產(chǎn)生它的電流呈線性關(guān)系

2）主磁通在原、副繞組中均感應電動勢，當副方接上負載時便有電功率向負載輸出，故主磁通起傳遞能量的作用。而漏磁通僅在原繞組中感應電動勢，不能傳遞能量，僅起壓降作用。因此，在分析變壓器和交流電機時常將主磁通和漏磁通分開處理。第五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日

單相變壓器的空載運行討論：1）性質(zhì)上：與成非線性關(guān)系；與成線性關(guān)系；2）數(shù)量上：占99%以上，僅占1%以下；3）作用上：起傳遞能量的作用，起漏抗壓降作用。主磁通與漏磁通的區(qū)別？第六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日變壓器的感應電動勢和變比1、正方向的規(guī)定：1）在負載支路，電流的正方向與電壓降的正方向一致，而在電源支路，電流的正方向與電動勢的正方向一致2）磁通的正方向與產(chǎn)生它的電流的正方向符合右手螺旋定則3）感應電動勢的正方向與產(chǎn)生它的磁通的正方向符合右手螺旋定則電壓u1,u2的正方向表示電位降低，電動勢e1,e2的正方向表示電位升高。在原方，u1由首端指向末端，1從首端流入。當u1與1同時為正或同時為負時，表示電功率從原方輸入，稱為電動機慣例。在副方，u2和2的正方向是由e2的正方向決定的，即2沿e2的正方向流出。當u2和2同時為正或同時為負時，電功率從副方輸出，稱為發(fā)電機慣例第七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日

變壓器的感應電動勢和變比2、感應電動勢分析1)、主磁通感應的電動勢——主電動勢設則有效值相量同理，副邊主電動勢也有同樣的結(jié)論。

可見，當主磁通按正弦規(guī)律變化時，所產(chǎn)生的原邊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(shù)及主磁通的最大值成正比。第八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日2、感應電動勢分析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(jù)主電動勢的分析方法，同樣有由于漏磁通主要經(jīng)過非鐵磁路徑,磁路不飽和,故磁阻很大且為常數(shù),所以漏電抗很小且為常數(shù),它不隨電源電壓負載情況而變.第九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日3、電壓平衡方程式（1）一次側(cè)電動勢平衡方程忽略很小的漏阻抗壓降，則可見，影響主磁通大小的因素有電源電壓、電源頻率和原邊線圈匝數(shù)。并寫成有效值形式，有在副邊，由于電流為零，則副邊的感應電動勢等于副方的空載電壓，即：重要公式第十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日4、變壓器的變比定義對三相變壓器，變比為原、副邊的相電動勢之比，近似為額定相電壓之比。定義：在變壓器中，原、副繞組的感應電動勢E1和E2之比稱為變壓器的變比，用K表示變壓器的變比等于原、副繞組的匝數(shù)比。當變壓器空載運行時，由于U1≈E1

，U20≈E2，故可近似地用空載運行時原、副邊的電壓比來作為變壓器的變比是變壓器中一個很重要的參數(shù)，若Nl＞N2，則U1＞U2，是降壓變壓器；若N1＜N2，則U1＜U2，是升壓變壓器

第十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日討論：一臺220/110伏的變壓器，變比，能否原邊線圈用2匝，副邊線圈用1匝，為什么？答：不能。由可知，由于匝數(shù)太少，主磁通將劇增，磁密過大,磁路過于飽和，磁導率μ降低，磁阻增大。于是，根據(jù)磁路歐姆定律可知,產(chǎn)生該磁通的激磁電流必將大增。再由可知，磁密過大,導致鐵耗大增，銅損耗也顯著增大，變壓器發(fā)熱嚴重，可能損壞變壓器。第十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日討論：一臺結(jié)構(gòu)已定的變壓器當外施電壓為已知，需要電源提供多大的激磁電流呢?激磁電流包括哪些成分呢?答：決定于變壓器的鐵芯材料及鐵芯幾何尺寸。因為鐵芯材料是磁性物質(zhì)，激磁電流的大小和波形將受磁路飽和、磁滯及渦流的影響。第十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日補充：高低壓繞組的判別用萬用表的電阻檔測量變壓器的四個端子，相通的端子間對應一個繞組。其中電阻大的對應高壓繞組，電阻小的對應低壓繞組。第十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日

變壓器的空載電流1、作用與組成2、性質(zhì)和大小性質(zhì)：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(zhì)——也稱勵磁電流I0Q=I0P；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(chǎn)生主磁通,它不消耗有功功率——無功分量；另一個是鐵損耗分量，作用是供變壓器鐵心損耗——有功分量大?。旱谑屙摚参迨?，編輯于2023年，星期日空載時相量圖和等效電路1、空載時的相量圖（1）以為參考相量（3）與同相，超前，（2）滯后，且空載時(4)根據(jù)電壓平衡方程式，在的末端作，再在相量 的末端作相量，連結(jié)始端和的末端的相量，即為電壓的相量。與的夾角為。為了清楚起見，把

和兩相量畫得比實際比例放大了。第十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日討論:1、變壓器空載運行時功率因數(shù)？

接近900

，因此變壓器空載運行時功率因數(shù)很低，一般COSφ0≈0.1～0.2故應避免變壓器空載運行第十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日3空載時的相量圖和等效電路1、等值電路一次側(cè)的電動勢平衡方程為基于表示法，感應的也用電抗壓降表示，由于在鐵心中引起，所以還要引入一個電阻，用等效，即空載時等效電路為第十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日勵磁電阻、勵磁電抗、勵磁阻抗。由于磁路具有飽和特性，所以不是常數(shù)，隨磁路飽和程度增大而減小。由于，所以有時忽略漏阻抗，空載等效電路只是一個元件的電路。在一定的情況下，大小取決于的大小。從運行角度講，希望越小越好，所以變壓器常采用高導磁材料，增大，減小，提高運行效率和功率因數(shù)。第十九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日第二十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日例：低壓照明變壓器一次繞組匝數(shù)N1=660匝，一次繞組電壓U1=220V，現(xiàn)要求二次繞組輸出電壓U2=36V，求二次繞組匝數(shù)N2及變比K。由公式可得N2=K=匝=108匝第二十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日1、有一臺D-50/10單相變壓器，，試求變壓器原、副線圈的額定電流？解：一次繞組的額定電流補充習題：二次繞組的額定電流第二十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日2、有一臺SSP-125000/220三相電力變壓器，YN，d接線，

，求①變壓器額定電壓和額定電流；②變壓器原、副線圈的額定電流和額定電流。解：①.

原、副邊額定電壓

原線圈額定電流（線電流）副線圈額定電流（線電流）（2）由于YN，d接線原繞組的額定電壓

U1Nф=原繞組的額定電流

副繞組的額定電壓副繞組的額定電流I2Nф=第二十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日

單相變壓器的空載運行小結(jié)（1）原邊主電動勢與漏阻抗壓降總是與外施電壓平衡,若忽略漏阻抗壓降，則原邊主電勢的大小由外施電壓決定.（2）主磁通大小由電源電壓、電源頻率和原線圈匝數(shù)決定，與磁路所用的材質(zhì)及幾何尺寸基本無關(guān)。（3）空載電流大小與主磁通、線圈匝數(shù)及磁路的磁阻有關(guān)，鐵心所用材料的導磁性能越好，空載電流越小。（4）電抗是交變磁通所感應的電動勢與產(chǎn)生該磁通的電流的比值，線性磁路中，電抗為常數(shù)，非線性電路中，電抗的大小隨磁路的飽和而減小。第二十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日討論：1、變壓器原繞組的電阻一般很小，為什么在原繞組上加額定的交流電壓，線圈不會燒毀？若在原繞組加上與交流電壓數(shù)值相同的直流電壓，會產(chǎn)生什么后果？這時副繞組有無電壓輸出？答：當變壓器原邊加額定交流電壓時，原繞組內(nèi)將感應有較高的反電勢，盡管變壓器原繞組電阻較小，線圈不會燒毀。當原繞組加相同的直流電時，因電壓不會交變，因而繞組內(nèi)沒有感應電勢，副邊無電壓輸出。時間較長變壓器將發(fā)熱燒毀第二十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日2、變壓器繞組匝間短路，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？產(chǎn)生的原因？處理方案？變壓器繞組匝間短路，會出現(xiàn)電流增大、發(fā)熱、壓力增大。原因:絕緣損壞、短路、雷擊過電壓等。處理方案:通過瓦斯保護動作與跳閘，再檢查、修復。第二十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日變壓器原繞組接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，副繞組接上負載的運行狀態(tài)，稱為負載運行。變壓器的負載運行負載運行原理圖第二十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日如圖所示，副繞組中有電流I2通過，由于該電流是依據(jù)電磁感應原理由原繞組感應而產(chǎn)生，因此原繞組中的電流也由空載電流I0變?yōu)樨撦d電流I1，變壓器的負載電流分成兩個分量,一個是勵磁電流,用來產(chǎn)生主磁通,另一個是負載分量,用來抵消副邊磁動勢的作用。電磁關(guān)系將原、副邊聯(lián)系起來,副邊電流增加或減少必然引起原邊電流的增加或減少.可見，負載后副邊得到的能量其實還是由原邊提供的。負載后，副邊產(chǎn)生電流I2，其大小隨負載變化負載前后，勵磁電流I0幾乎不變第二十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日變壓器效率一般都很高，因此可以近似認為，變壓器的輸入功率與輸出功率相等，即U1I1=U2I2，則式中表明：變壓器原、副繞組中的電流與原、副繞組的匝數(shù)成正比，即變壓器不僅能變電壓，同時也能變電流，且電流的大小與匝數(shù)成反比。變壓器的高壓繞組匝數(shù)多，而通過的電流小，因此繞組所用的導線細；反之低壓繞組匝數(shù)燒，通過的電流大，所以的導線較粗。第二十九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日討論：變壓器鐵心中的磁動勢，在空載和負載時比較，有哪些不同？答：空載時的勵磁磁動勢只有原邊磁動勢，負載時的勵磁磁動勢是一次側(cè)和副邊的合成磁動勢，即,也就是。第三十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日變壓器負載時電動勢平衡方程式（略）第三十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日2.等效電路及相量圖(略）折算：將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個繞組來等效，同時對該繞組的電磁量作相應的變換，以保持兩側(cè)的電磁關(guān)系不變。目的：用一個等效的電路代替實際的變壓器。折算原則：1）保持二次側(cè)磁動勢不變；2）保持二次側(cè)各功率或損耗不變。方法：（將二次側(cè)折算到一次側(cè))第三十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日2、等效電路及相量圖（略）一、折算折算后的方程式為第三十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日二、等效電路根據(jù)折算后的方程，可以作出變壓器的等效電路。T型等效電路：近似等效電路（略）第三十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日（略）二、等效電路簡化等效電路：其中分別為短路電阻、短路電抗和短路阻抗。

由簡化等效電路可知，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流值較大，一般可達額定電流的10~20倍。第三十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日負載運行相量圖（略）作相量圖的步驟——對應T型等效電路，假定變壓器帶感性負載。第三十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日負載運行相量圖（略）作相量圖的步驟（假定變壓器帶感性負載）-對應簡化等效電路由等效電路可知根據(jù)方程可作出簡化相量圖第三十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日變壓器的阻抗變比變壓器不但具有電壓變換和電流變換的作用，還具有阻抗變換的作用，當變壓器副繞組接上阻抗為Z的負載后，則式中相當于直接接在原繞組上的等效阻抗，故接在變壓器副繞組上的負載Z與不經(jīng)過變壓器直接接在電源上的負載相比小了1/K2倍，第三十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日討論：生活中有沒有類似的變壓器？為了能在揚聲器中獲得最好的音響效果（或得最大得功率輸出），要求音響設備輸出得阻抗與揚聲器得阻抗盡量相等。但實際上揚聲器得阻抗往往只有幾歐到幾十歐，而音響設備等信號得輸出阻抗恰恰很大，在幾百歐、幾千歐以上，為此通常在兩者之間加接一個變壓器（稱輸出變壓器、線間變壓器）來達到阻抗匹配得目的。音響設備：第三十九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日補充例題：例：某晶體管擴音機輸出電路得輸出阻抗為，接入得揚聲器阻抗為Z＝8Ω，現(xiàn)加接一個輸出變壓器使兩者實現(xiàn)阻抗匹配，求該變壓器得變比K;若該變壓器原繞組匝數(shù)N1＝560匝，問副繞組匝數(shù)N2為多少？解：第四十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日1、型號

型號表示一臺變壓器的結(jié)構(gòu)、額定容量、電壓等級、冷卻方式等內(nèi)容，表示方法為如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相強迫油循環(huán)風冷三繞組銅線有載調(diào)壓，額定容量250000kVA，高壓額定電壓220kV電力變壓器。變壓器的銘牌數(shù)據(jù)第四十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日2、額定值此外，額定值還有額定頻率f=50HZ、效率、溫升等。指長期運行時所能承受的工作電壓指銘牌規(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第四十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日三者關(guān)系：接：Y接：UNΦ為相電壓INΦ為相電流第四十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日1.1.5變壓器的外特性和額定值1.001.0U20U2當電源電壓U1不變時，對電阻性和電感性負載而言，副繞組上的端電壓U2隨著負載電流I2的增加而下降。對感性負載而言，功率因數(shù)COSφ2越低，U2下降得越快。第四十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日電壓變化率定義：是指原繞組加50Hz額定電壓、變壓器從空載到額定負載，副繞組電壓U2的變換程度，即

電壓變化率是表征變壓器運行性能的重要指標之一,它大小反映了供電電壓的穩(wěn)定性。

在一般變壓器中，由于其電阻和漏磁感抗均很小，電壓變化率不大，約5%左右，故變壓器上裝有調(diào)壓分接開關(guān)，可在（-5%～+5%）范圍內(nèi)調(diào)壓調(diào)壓分接開關(guān)第四十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日變壓器的損耗、效率

鐵損耗與外加電壓大小有關(guān)，而與負載大小基本無關(guān)，又因外加電壓U1不變，故也稱為不變損耗。1、變壓器的損耗

銅損耗是是電流在一、二次繞組電阻上產(chǎn)生的損耗之后。變壓器的損耗主要是鐵損耗?PFe和銅損耗?PCu兩種。

鐵損耗是主磁通在鐵芯中產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗之和。

銅損耗大小與負載電流平方成正比，故也稱為可變損耗。

變壓器從電源輸入的有功功率P1和向負載輸出的有功功率P2之差為變壓器的損耗?P第四十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日

效率大小反映變壓器運行的經(jīng)濟性能的好壞，是表征變壓器運行性能的重要指標之一。2、效率效率是指變壓器的輸出功率與輸入功率的比值。其中第四十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日1.1.6變壓器的參數(shù)測定1空載實驗1、目的：通過測量空載電流I0和原、副繞組電壓及空載功率P0來計算變比K、勵磁參數(shù)rm、Xm、Zm。2、接線圖3、試驗方法1）低壓側(cè)加電壓，高壓側(cè)開路；WAVV~**第四十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日由于外加電壓U20=U2N，則磁通達到正常工作值，鐵損PFE也為正常工作值，變壓器空載電流I20很小，則繞組銅耗PCU=I202R2《PFE，那么PCU可忽略不計，因此，副邊從電網(wǎng)吸收來的功率P0=PFE第四十九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日4、勵磁參數(shù)得計算2）空載電流和空載功率必須是額定電壓時的值，并以此求取勵磁參數(shù)；3）空載試驗是在低壓邊加壓進行，若要得到高壓側(cè)參數(shù)，須把求出得勵磁參數(shù)值乘以K2；4）對三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值；1）求出參數(shù)第五十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日2短路實驗1、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(shù)、銅損和短路阻抗。2、接線圖3、要求及分析