第三章 变压器

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变压器
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连接发电机与电网的升压变压器 连接发电机的 封闭母线
与电网相连 的高压出线端
第三章
三相干式变压器
Baidu Nhomakorabea
变压器
接触调压器
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变压器
电源变压器
环形变压器
控制变压器
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变压器
3.1.3 型号与额定值 一、型号 型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方 式等内容，表示方法为
压器一、二次侧绕组的额定电压和额定电流。
思考: 若变压器的接法改为D,yn11接法，结果又怎样 呢？
(1) 36.37A/909.33A;(2) 5773/220V, 36.37A/909.33A 思考(1) 36.37A/909.33A;(2) 10，000/220V, 21A/909.33A
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小结
变压器
（1）变压器一次和二次绕组之间没有电的联系（特 殊的自偶变压器除外）通过此耦合传递能量。 （2）对三相变压器而言，变压器名牌上标注的额定 电压与额定电流为线电压和线电流，变压器绕组 的电流（相电流）与绕组接法有关
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变压器
3.2 单相变压器的空载运行
• 空载运行时的电磁关系
• 空载电流和空载损耗
Rm=1386.8Ω， Xm=14361.39Ω
求（1）变压器的一次绕组的额定电流I1N 及空载电 流百分比；(2)一次绕组每相的额定相电压U1Np及 每相电动势E1Np
12A，0.24/12=2%, 6/sqrt(3)=3464，3462.8
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空载运行小结
变压器
（1）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡,若忽 略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定. （2）主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定， 与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。 （3）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁 心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。 （4）电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的电流的比 值，线性磁路中，电抗为常数，非线性电路中，电抗的大小随 磁路的饱和而减小。
如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线 有载调压，额定容量250000kVA，高压额定电压220kV电力变压器
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变压器
额定值
• 额定容量SN：指铭牌规定的额定使用条件下所能 输出的视在功率（KVA）。 • 额定电压U1N /U2N ： U1N是指变压器正常运行时 一次侧所加的额定电压， U2N是指一次侧加额定 电压时二次侧的开路电压。在三相变压器中额定 电压为线电压。 • 额定电流I1N /I2N ：指在额定容量下，允许长期通 过的电流。在三相变压器中指的是线电流
由于漏磁通主要经过非铁磁路径,磁路不饱和,故磁阻很大且为 常数,所以漏电抗 X 1 很小且为常数,它不随电源电压负载情况 而变.
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一、电动势平衡方程和变比
变压器
3.2.3 空载时的电动势方程、等效电路和相量图
1、电动势平衡平衡方程
（1）一次侧电动势平衡方程
U1 E1 E1σ I0 R1 E1 I0 R1 jI0 X1 E1 Z1 I0
Φ
U1
i1
e1
i2
e2
u1
U2
只要(1)磁通有 u2 Z L 变化量;(2)一、二 次绕组的匝数不同， u 2 就能达到改变压的 目的。
u1
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二、分类
变压器
按用途分：电力变压器和特种变压器。 按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压 器、三绕组变压器和多绕组变压器。 按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。 按铁心结构分：心式变压器和壳式变压器。 按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。 按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和 充气式变压器。
• 空载运行时的电动势方程式等值电路和相 量图
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一、物理情况
U1
变压器
0
3.2.1 空载运行时电磁关系
I0
E 1
(I2 )
1
u1
U 1
U2
E 2
U 20
u2
E 1σ
U 1
I 0
I N F 0 0 1
Φ0
Φ1σ
E 1
E 1σ R I 0 1
E 2
3.8变压器的并联运行
3.9特种变压器
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变压器
3.1 变压器的工作原理和结构
• 变压器的基本共组原理和变压器的分类
• 变压器的结构
• 变压器的型号和额定值
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3.1.1 基本工作原理和分类
一、基本工作原理How does a Transformer work 标清(270P).qlv 变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的 e = - N dΦ 1 1 dt 两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一 dΦ 次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕 e2 = - N 2 组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。 dt
变压器

当磁通按正弦规律 变化时，空载电流呈尖 顶波形。
t
i0
3
2
1 1 2
当空载电流按正弦规律变 化时，主磁通呈平顶波形。
i0
3
实际空载电流为非正弦波，但为了分析、计算和测量的方便，在 相量图和计算式中常用正弦的电流代替实际的空载电流。
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二、空载损耗
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变 压 器 空 载 时 一 次 侧电 从源 吸 收 少 量 有 功 功P 率 0 ,供 给 铁 损 2 耗PFe 和 绕 组 铜 损 耗 I0 R1。 由 于I 0和R1均 很 小 ， 所 以P0 PFe， 即 空 载 损 耗 近 似 为 铁耗 损。
强调：磁通与产生它的电流之间符合右手螺旋定则；电动势与感
应它的磁通之间符合右手螺旋定则。
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1. 作用与组成
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3.2.2 空载电流和空载损耗 一、空载电流
，也称无功分 包含两个分量，一个是励磁分量 I 空载电流 I 0r 0 量作用是建立磁场，相位与主磁通相同；另一个是铁损耗分 ，也称有功分量，主要作用是提供铁损耗。 量 I 0a
忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有
U1 E1 4.44 fN1Φm
则
E1 U1 Φm 4.44 fN1 4.44 fN1
重要公式
可见，影响主磁通大小的因素有电源电压和频率，以及 一次线圈的匝数。
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E U 20 2
2、变比 定义
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（2）二次侧电动势平衡方程
E1 N1 U1 U1 N k E2 N 2 U 20 U 2 N
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三者关系： 单相： S
N
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U1 N I1 N U 2 N I 2 N 三相： S N 3 U1 N I1 N 3 U 2 N I 2 N
此外，额定值还有额定频率、效率、温升等。
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变压器
课堂训练一台S11-630/10油浸式电力变压器，已知 额定容量SN=630KVA， U1N /U2N =10/0.4KV, Y,yn0连接，求（1）变压器的额定电流；（2）变
对三相变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近似 为额定相电压之比，具体为 U1 N Y，d接线 k 3 U2N
D，y接线
3 U1 N k U2 N
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• 课堂讨论
变压器
如果感应电动势的正方向规定与按右手定则规定 的方向相反，则感应电动势的表达式和上面讲的 会有怎样的区别？
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1、等效电路
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＝I ＋I I 0 Fe
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流过电感元件 电流 I
流过电阻元件 电流 I Fe
I Z I (r jx ) E 1 0 m 0 m m
E I Z U 1 1 0 1 ( R jX ) I ( Rm jX m ) I 0 1 1 0
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主磁通与漏磁通的区别
变压器
1 与 I 0 成线性关系； 1）性质上： 0与 I 0 成非线性关系；
1 仅占1%以下； 2）数量上： 0占99%以上，
3）作用上： 0起传递能量的作用， 1 起漏抗压降作用。 二、各电磁量参考方向的规定 一次侧遵循负载惯例，二次侧遵循电源惯例。
变压器
二、空载时的等效电路和相量图
jI X 表示法 , 也用电抗压 基于E 感应的电动势 E 1 0 1 1 在铁心中引起铁损P , 所以还要引入一个 降表示,由于 Fe 2 电阻Rm , 用I 0 Rm 等效PFe ,即
E1 I0 (Rm jX m ) I0 Zm
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变压器
变压器是一种静止电器,它通过线圈间的电磁感应, 将一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压 等级的交流电能.
3.1 变压器的基本工作原理和结构 3.2 单相变压器的空载运行
3.3 单相变压器的负载运行
3.4 变压器的参数测定
3.5 标么值 3.6 变压器的运行特性
3.7 三相变压器
0
I 0 I Fe
m
, jI X （4）R1I 0 0 1
U （5） 1
E 2
I
E 1
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变压器
课堂训练一台S11-125/6型三相电力变压器，已知 额定容量SN=125KVA， U1N /U2N =6/0.4KV, Y,yn0连接，每相参数R1=2.09Ω， X1=5.39Ω，
变压器
1.主磁通感应的电动势——主电动势 设 则
Φ Φm sin ωt dΦ e1 N 1 2 πfN 1Φm sin(ωt -900 ) E1 m sin(ω t 900 ) dt
有效值 E1 4.44 fN1Φm 相量
E1 j 4.44 fN1Φm
可见，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动 势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通 900 。主电动势 的大小与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。 类似的，二次主电动势为
j 4.44 fN E 2 2 m
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变压器
2.漏磁通感应的电动势——漏电动势 根据主电动势的分析方法，同样有 E1σ 4.44 fN1Φ1σ
E1σ j 4.44 fN1Φ1σm
漏电动势也可以用漏抗压降来表示，即
E1σ jωL1σ I0 jI0 X1
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U 1
2. 根据前面所列的方程，可作出变压器空载时的相量图 （1）以 为参考相量
X jI 0 1
0 与 同相， ＝I ＋I I 90 （2）I 超前 ，I Fe 0 Fe
R1I0
E 1
； ,E 滞后 90 ， E （3）E 1 1 2
(ABB瑞士苏黎世, SIEMENS西门子，SCHEINEADIN施耐德法 国吕埃)
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3.1.2 基本结构 一、铁心 变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用厚为 0.35-0.5mm、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。 二、绕组 变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。 三、绝缘套管 将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘，担负 着固定的作用。 四、油箱 油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷却介质， 又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。 此外，还有储油柜、吸湿器、安全气道、净油器和气体继电器。
一次侧的电动势平衡方程为
E I Z U 1 1 0 1 (R jX ) I (Rm jX m ) I 0 1 1 0
空载时等效电路为
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变压器
Rm , X m , Z m 励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。由于磁路具有饱 Zm Rm jX m 不是常数，随磁路饱和程度增大而减 和特性，所以 小。 由于 Rm R1 , X m X1 ，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只 I 0 大小取决于 Z m 是一个 Z m元件的电路。在 U 1 一定的情况下， 的大小。从运行角度讲，希望 I 0 越小越好，所以变压器常采用 高导磁材料，增大 Z m ，减小 I 0 ，提高运行效率和功率因数。
对于已制成变压器，铁损与磁通密度幅值的平方成正比， 与电流频率的1.3次方成正比，即
2 PFe Bm f 1.3
空载损耗约占额定容量的0.2%~1%，而且随变压器容量的 增大而下降。为减少空载损耗，改进设计结构的方向是采用优 质铁磁材料：优质硅钢片、激光化硅钢片或应用非晶态合金。
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三、感应电动势分析
2、性质和大小
性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电 流主要是感性无功性质——也称励磁电流； 大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有 关，用空载电流百分数I0%来表示： I I 0 % 0 100% IN
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3、空载电流波形
根据磁路饱和特性，空载 电流与由它产生的主磁通 呈非线性关系。