第三章变压器

R0  p0 I10  Rm
2

xm 

2 Zm



2 Rm

U1 k U2

二、负载试验
实验过程：将变压器的副边直接短路，副 边的电压等于零，称为变压器短路运行 方式。 实验方法：为便于测量，通常在高压 侧加电压，将低压侧短路。短路试验将 在降低电压下进行。

Zk

注意： 1.短路时，从短路的等效电路图可以看出， 此时的短路损耗以铜耗为主 2.因电阻会随着温度发生变化，所以，我 们的所得值要换算到标准工作温度下75 度
这说明变压器负载运行时通过磁动势平衡， 使原、副方的电流紧密地联系在一起，副方 通过磁动势平衡对原方产生影响，副方电流 的改变必将引起原方电流的改变，电能就是 这样从原方传到了副方。

2、电动势平衡方程式

变压器负载后的电磁过程

U 一次侧： 1   E 1  I 1 ( R1  jx1 )   E 1  I 1 Z1 . . . . . U 二次侧： 2  E 2  I 2 ( R2  jx 2 )  E 2  I 2 Z 2

三、变压器的结构
电力变压器的基本构成部分有： 铁心、绕组、绝缘套管、油箱及其他附件等 其中铁心和绕组是变压器的主要部件，称为器身。 1、铁心：构成了变压器的磁路，同时又是套装绕组的骨架。铁心由铁心 柱和铁轭两部分构成。 铁心柱上套绕组，铁轭将铁心柱连接起来形成闭合磁路。 变压器铁心的结构有心式、壳式和渐开线式等形式。 2、绕组：绕组是变压器的电路部分，它由铜或铝绝缘导线绕制而成 。 一次绕组（原绕组）：输入电能 二次绕组（副绕组）：输出电能 电压较高的称为高压绕组，电压较低的称为低压绕组。 变压器的绕组又可分为： 同心式：国产的均采用同心式绕组 交迭式：主要用于特种变压器中 3、其他部件：除器身外，典型的油浸电力变压器中还有油箱、变压器油、 绝缘套管及继电保护装置等部件。

1、感应电动势与主磁通 假定主磁通按正弦规律变化，即 Φ =Φ msinω t 根据电磁感应定律和对正方向规定，一、二次绕组中感
应电动势的瞬时值为

：

d e1   N1  N1 m cost  2 E1 sin(t  90 0 ) dt
d e2   N 2  N 2  m cost  2 E2 sin(t  90 0 ) dt

主磁通和漏磁通在性质上的不同：
1）由于铁磁材料有饱和现象，所以主磁路的磁阻 不是常数，主磁通与建立它的电流之间呈非线性关 系。而漏磁通的磁路大部分是非铁磁材料组成，所 以漏磁路的磁阻基本上是常数，漏磁通与产生它的 电流呈线性关系 2）主磁通在原、副绕组中均感应电动势，当副方 接上负载时便有电功率向负载输出，故主磁通起传 递能量的作用。而漏磁通仅在原绕组中感应电动势， 不能传递能量，仅起压降作用。因此，在分析变压 器和交流电机时常将主磁通和漏磁通分开处理。
U1 I1  U 2 I 2
U 1 I 2 N1   U 2 I1 N 2

N1 U I 称 k 为变压器的匝比或变比， k  1  2 ， N2 U 2 I1

S  U1 I1  U 2 I 2

为视在容量

二、变压器的分类
1、按用途分类 （1）电力变压器：主要用在输配电系统中 升压变压器、降压变压器、联络变压器、厂用变压器 （2）仪用互感器：电压互感器和电流互感器 （3）特种变压器：调压变压器、试验变压器、电炉变压器、整流变 压器、电焊变压器等 2、按绕组数目分类 双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器。 3、按铁心结构分类：有心式变压器和壳式变压器。 4、按相数分类：有单相变压器、三相变压器和多相变压器。 5、按冷却介质和冷却方式分类： （1）油浸式变压器：油浸自冷式、油浸风冷式、油浸强迫油循环式 （2）干式变压器 （3）充气式变压器。
Z k 750 C Z k 750 C U1k I1N .Z k 750 C * u      Zk U1 N U1 N U1 N ZN I1 N
* k

U I

k

k

pK Rk  2 IK

xk



2 2 z k  Rk

第六节 三相变压器
三相变压器的两种形式： 三相组式变压器和三相心式变压器
d1 e1   N1  N11m cost  2 E1 sin(t  90 0 ) dt

注意：从上面的表达式中我们可以看出
E1 

N1 m

E2 
E1 

N 2 m
2 N11m
2

2

 4.44 fN 1 m

 4.44 fN 2 m
 4.44 fN 11m
2 2

二、等效电路

二、等效电路

三、相量图

四、近似等效电路

第五节 等效电路的参数测定
一、空载试验 测定变比k、铁耗、励磁阻抗。 p U 在额定电压下，测读 U 1 I10 、 0 、 20 。 、 为安全起见，一般在低压侧进行，求得后必须归 算到高压侧，即乘上k。

Z 0  U1 I10  Z m

2）当考虑铁心损耗时，励磁电流 i0中还必须包含铁 耗分量，即 IFe I 0 = I2  I2  Fe 这时激磁电流将超前磁通一个相位角 

3、漏磁通与漏电抗 将漏感电动势写成压降的形式 ：

E    jL  I
1 1




源自文库
m

  jx1 I m



二、空载运行时的电动势平衡方程式、相量图及 等效电路

（一）电动势和电压的归算 归算前后主磁通和漏磁通均未改变，根据电动势与匝数 成正比的关系可得
. N1 . E2' E2  k E2 N2 .

E 2 '  k E2
（二）电流的归算 归算前后二次侧的磁动势保持不变： 1 I 2 N


.

.

 N2 I 2

.

.

N1 . I2 I2 '  I2  N2 k
第三章

变压器

各类变压器的图片

高压变压器

干式变压器

电源变压器

油浸式变压器

干式变压器

平面式变压器

内容简介
双绕组变压器： （1）基本运行原理； （2）结构； （3）电磁关系； （4）数学模型（即基本方程式、等效电路和相量图）； （5）变压器运行特性的分析与计算 。 三相变压器的特殊问题： （1）三相变压器的联结组问题； （2）三相变压器的电路连接与磁路结构的配合问题。 电力拖动系统中的特殊变压器： （1）自耦变压器； （2）电压与电流互感器。

上式表明，变压器的变比等于原、副绕组的匝数比。 当变压器空载运行时，由于 U1≈E1 ，U20≈E2，故可近似 地用空载运行时原、副方的电压比来作为变压器的变 比，即
U1N U1 k   U 20 U2N

对于三相变压器，变比是指原、副方相电动势之比，也 就是额定相电压之比。

2、空载电流： 变压器空载运行时原绕组中的电流 i0主要用来产生磁场， 又称为励磁电流。 1）当不考虑铁心损耗时，励磁电流是纯磁化电流，用 i 来 表示。由于磁路有饱和现象，磁化电流与其产生的磁通φ 之间的关系是非线性的。为了分析问题方便，可以用等效 正弦波电流来代替非正弦波励磁电流。磁化电流 i 与磁通 φ 是同相位的。

U 式中， m 表示变压器的相数； 1 N
对于单相变压器： 对于三相变压器：

S N  U 1N I 1N  U 2 N I 2 N
S N  3U 1N I 1N  3U 2 N I 2 N

第二节 单相变压器的空载运行
一、空载运行的物理情况： 空载运行：是指变压器原绕组接到额定电压、额定频率 的电源上，副绕组开路时的运行状态。

第三章

变压器

变压器：是一种静止的电机，它利用 电磁感应原理将一种电压、电流的 交流电能转换成同频率的另一种电 压、电流的电能。换句话说，变压 器就是实现电能在不同等级之间进 行转换。

第一节 变压器的工作原理、分类及结构
一、工作原理：是一种将一种电压的交流电能（或信号） 变换为同频率的另一种电压的交流电能（或信号）的静 止电磁装置。

4、变压器的额定值
额定数据：  额定容量或视在容量 S N ；  额定电压 U N ；  额定电流 I N ；  额定频率 f N ；  额定效率  N ；
需指出的是：额定电压和额定电流均指线值（即线电压或线电流）。 额定数据之间存在如下关系：

S N  mU 1N I1N
I 、1N 分别表示额定电压和额定电流的相值。

三相变压器特有问题： （1）电路系统—联结组 （2）磁路系统 （3）前二者对磁通、电动势及电流波形的影 响

第六节 三相变压器
电动势平衡方程式：   E  E  I R1 U1 1 1 m










U1   E  I m R  j I m X
1 1









1

   E  I m Z1 1

U 20  E2





Zm


 E   I
m


1

 Rm  jX m
 

U

1

  E1  I m Z1  I m ( Z m  Z1 )

空载时的向量图、等效电路

注意：
r1是原绕组的电阻 ， x1 是对应原绕组漏
磁路磁导的电抗，它们数值很小且为常 数。 但rm 、 m却受铁心饱和度的影响， x 不是常数。但通常外加电压是一定的,在 2 2 正常运行范围内(从空载到满载)主磁通 I0 I0 xm 基本不变，磁路的饱和程也基本不变， 因而Rm、xm可近似看着常数。

结论： 绕组内感应电势的大小分别正比于频率、绕组匝数以 及磁通的幅值；在相位上，变压器绕组内的感应电势滞后  于主磁通  m 90  。

变压器的变比： 在变压器中，原、副绕组的感应电动势E1和E2之比 称为变压器的变比，用 k 表示，即：
k 

E E

1 2

4.44 fN 1 m N1   4.44 fN 2  m N2
.

(三)阻抗的归算 归算前后二次绕组的铜损耗不变 I2 2 2 R2 '  ( ) R2  k R2 I2 '

由折算前后二次侧漏磁通无功功率不变，得 I2 2   ( ) x 2  k 2 x2 x2 I2 ' 所以，漏阻抗的折算值为： Z 2 '  R2 ' jx2 '  k ( R2  jx2 )  k Z 2

变压器的结构

单相变压器的结构 1—铁心柱 2—铁轭 3—高压绕组 4—低压绕组

三相变压器的结构 1—铁心柱 2—铁轭 3—低压绕组 4—高压绕组

油浸式变压器的外形图 1-铭牌 2-温度计 3-吸湿器 4-油位计 5-储油柜 6-安全气道 7-气体继电器 8-高压套管 9-低压套管 10-分接开关 11-油箱铁心 12-放油阀门 13-线圈 14-接地板 15-小车

第四节 变压器的等效电路及相量图
一、绕组归算 用假想的绕组来代替其中一个绕组，使之成为变比k=１ 的变压器，这样就可以把原、副绕组联成一个等效电 路，从而大大简化变压器的分析计算。这种方法称为 绕组归算。 归算的含义： 将一个匝数与一次绕组相等、电磁效应与二次绕组相同 的绕组去代替实际的二次绕组。 归算的原则： 归算前后的磁动势平衡关系，各种能量关系均应保持不 变 归算后的量在原来的符号上加一个上标号“′”以示区 别。

d   u1  e1  N 1 dt  d u 2  e2   N 2 dt 

若主磁通按正弦规律变化，即 (t )   m sin t 各物理量的有效值满足下列关系：
U 1 E1 N1   U 2 E2 N 2

，则根据上式，

忽略绕组的电阻和铁心损耗，则原、副方功率守恒，于是有：

Rm是表征铁心损耗的一个参数，而Xm是表 征主磁通磁化性能的一个参数。

第三节单相变压器的基本方程式
变压器一次侧接入交流电源，二次侧接上负载时的运行方式， 称为变压器的负载运行。 一、负载运行时的物理情况：

二、负载运行时的基本方程式 1、磁动势平衡方程式

   N1I1  N 2 I 2  N1 I m

.

.

.

.

.

变压器负载后的基本方程式
   U1   E1  z1 I1    U 2  E2  z 2 I 2     E1   z m I m     N1 I 1  N 2 I 2  N1 I m    E1 N1 k    E2 N 2