电机学上册复习重点第2篇变压器
电机学第二章(变压器)
第二章变压器2.1变压器的结构和额定值2.2 变压器空载运行2.3 变压器的负载运行2.4 变压器的基本方程和等效电路2.6 三相变压器2.7 标幺值2.5 等效电路参数的测定2.8变压器运行性能※ 重点与难点重点:1.变压器的基本方程和等效电路;2.等效电路参数的测定;3.标幺值;4.变压器的运行性能。
难点:1.变压器的运行原理和运行性能;2.三相变压器。
一、变压器的基本结构2-1 变压器的基本结构和额定值铁心绕组其他部件变压器的基本结构1.铁心铁心由心柱和铁轭两部分组成。
心柱用来套装绕组，铁轭将心柱连接起来，使之形成闭合磁路。
为减少铁心损耗，铁心用厚0.30-0.35mm的硅钢片叠成，片上涂以绝缘漆，以避免片间短路。
按照铁心的结构，变压器可分为心式和壳式两种。
心式变压器:结构心柱被绕组所包围，如图2—1所示。
特点心式结构的绕组和绝缘装配比较容易，所以电力变压器常常采用这种结构。
壳式变压器:结构铁心包围绕组的顶面、底面和侧面，如图2—2所示。
特点壳式变压器的机械强度较好，常用于低电压、大电流的变压器或小容量电讯变压器。
2.绕组定义变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线（铜或铝）绕成。
一次绕组:输入电能的绕组。
二次绕组:输出电能的绕组。
高压绕组的匝数多,导线细；低压绕组的匝数少，导线粗。
从高,低压绕组的相对位置来看,变压器的绕组可分为同心式和交迭式。
同心式结构同心式绕组的高、低压绕组同心地套装在心柱上。
特点同心式绕组结构简单、制造方便，国产电力变压器均采用这种结构。
交迭式结构交迭式绕组的高、低压绕组沿心柱高度方向互相交迭地放置。
特点交迭式绕组用于特种变压器中。
3.其他部件器身油箱变压器油典型的油浸电力变压器散热器绝缘套管分接开关继电保护装置等部件二、额定值额定容量在铭牌规定的额定状态下变压器输出视在功率的保证值，单位为kV 或kVA 。
三相变压器指三相容量之和。
额定电压铭牌规定的各个绕组在空载、指定分接开关位置下的端电压，单位为V 或kV 。
电机学-变压器
2、磁滞电流分量Ih ：Ih与-E1同相位，
是有功分量电流。
3、涡流电流分量Ie： Ie与-E1同相位
Ie由涡流引起的，与涡流损耗对应，
所以：又由于Ih和Ie同相位，合并称为铁耗电流分量，用IFe表示。
空载时励磁电流
❖ Iu——磁化电流，无功性质，为主要分量 ❖ Ife——铁耗电流，有功性质，产生磁滞（Ih）
e2有效值E2 E2m / 2 2f N2 m
图2-8
2、电压变比
❖ 变比——初级电压与次级空载时端点电压之比。 ❖ 电压变比k 决定于初级、次级绕组匝数比。 ❖ 略去电阻压降和漏磁电势
k U1 E1 N1 U 20 E2 N2
四、励磁电流的三个分量
❖ 忽略电阻压降和漏磁电势，则U1＝E1＝4.44fN1m。 m∝U1即：当外施电压U1为定值，主磁通m也 为一定值
k＝N1/N2＝1
一)次级电流的归算值
归算前后磁势应保持不变
I
' 2
N
' 2
I2N2
I
' 2
I2
N2
N
' 2
I2
N2 N1
I2 / k
❖ 物加理 了k意倍义。：为当保用持N磁2＝势N不1替变代。了次N级2电，流其归匝算数值增 减小到原来的1／k倍。
二)次级电势的归算值
归算前后次级边电磁功率应不变 ❖ E2I2＝E2I2
❖ 励磁电流的值决定于主磁通 m，即决
定于E1。
u1≈E1=4.44fN1Φm
电磁现象
返回
2、基本方程式
返回
3、归算
❖ 绕组归算——用一假想的绕组替代其中一个 绕组使成为k＝1的变压器。
电机学：变压器第二章变压器的运行分析 04
用一台副绕组匝数等于原绕组匝数的假想变压器来模拟实际变压器，假想变压器与实际变压器在物理情况上是等效的。
2)3) 有功和无功损耗不变。
2I实际上的二次侧绕组各物理量称为实际值或折合前的值。
折合后，二次侧各物理量的值称为其折合到一次绕组的折合值。
当把副边各物理量归算到原边时，凡是单位为伏的物理量（电动势、电压等）的归算值等于其原来的数值乘以k；凡是单位为欧姆的物理量（电阻、电抗、阻抗等）的归算值等于其原来的数值乘以k2；电流的归算值等于原来数值乘以1/k。
参数意义220/110V,1R m E 0I 2I ′ U 2I简化等效电路R k 、X k 、Z k 分别称为短路电阻、短路电抗和短路阻抗，是二次侧短路时从简化等效电路一次侧端口看进去的电阻、电抗和阻抗。
R k ＝R 1＋2R ′， X k ＝X 1＋2X ′ Z k ＝R k ＋j X k应用基本方程式作出的相量图在理论上是有意义的，但实际应用较为困难。
因为，对已经制造好的变压器，很难用实验方法把原、副绕组的漏电抗x 1和x 2分开。
因此，在分析负载方面的问题时，常根据简化等效电路来画相量图。
短路阻抗的电压降落一个三角形ABC ，称为漏阻抗三角形。
对于给定的一台变压器，不同负载下的这个三角形，它的形状是相似的，三角形的大小与负载电流成正比。
在额定电流时三角形，叫做短路三角形。
讨论：变压器的运行分析感性负载时的简化相量图2U ′− 21I I ′−= 2ϕ 1kI r kx I j 1 1U ABC()()1111111121111210211220m2211P U I E I R jX I E I I RE I I I R I R E I I R =⎡⎤=−++⎣⎦=−+′=−−+′′=++ i i i i i()em 222222222222P E I U I R jX I U I I R ′′=′′′′′⎡⎤=++⎣⎦′′′′=+ i i i 有功功率平衡关系，无功功率平衡关系例题一台额定频率为60Hz的电力变压器，接于频率等于50Hz，电压等于变压器5/6倍额定电压的电网上运行，试分析此时变压器的磁路饱和程度、励磁电抗、励磁电流、漏电抗以及铁耗的变化趋势。
第2章 变压器的基本作用原理与理论分析
3、油枕 4、高低压绝缘套管 5、油标` 6、起吊孔
1、油箱
2、散热管
7、铭牌
18
大型电力变压器
19
五、变压器的额定值
1 额定容量S N (kVA) : 、
指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率。
2 额定电流I1N 和I 2 N ( A) : 、
指在额定容量下，允许长期通过的额定电流。在三相 变压器中指的是线电流
铁轭
铁芯柱
铁芯叠片
装配实物
11
铁芯各种截面
充分利用空间
提高变压器容量
减小体积。
12
㈡、绕组
变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。
按照绕组在铁芯中的排列方法分为：铁芯式和铁壳式两类 按照变压器绕组的基本形式分为：同芯式和交叠式两种．
1、铁芯式:
（1）、每个铁芯柱上都套有
高压绕组和低乐绕组。为了绝
3 额定电压U1N 和U 2 N (kV ) : 、
指长期运行时所能承受的工作电压（ 线电压）
U1N是指加在一次侧的额定 电压,U 2 N 是指一次侧加 U1N时二次的开路电压对三相变压器指的是线 . 电压.
20
三者关系：
单相 : S 三相 : S
N N
U 1 N I1 N U 2 N I 2 N 3U1N I1N 3U 2 N I 2 N
同理，二次侧感应电动势也有同样的结论。
则:
e2 N 2 d 0 2fN 2 m sin(t 90 0 ) E2 m sin(t 90 0 ) dt
有效值: E2 4.44 fN2m
相量:
E2 j 4.44 fN2m
25
⒉ E1﹑E2在时间相位上滞后于磁通 0 900. 其波形图和相量图如图2—8所示
电机学复习知识点
24、电刷的中心线对着磁极的中心线： ① 电刷之间的电动势最大。 ② 被电刷短接的元件电动势为零。 习惯称 “电刷放在几何中心线位置”。 25、单波绕组的特点: 当元件的几何形状对称时，电刷在换向器表面上 的位置对准主磁极中心线，支路电动势最大； 同极下各元件串联组成一条支路，支路对数为1， 与极对数无关； 电刷数等于磁极数； 电枢电动势等于支路感应电动势. •y=yc=（Qu-1）/p
E = CEΦ n
(V)
单位：r/min
pN (书上电枢绕组总导体数Za) CE 电动势常数： CE = 60a= (2) 方向： 由Φ 和 n 共同决定。
(3) 性质： 发电机为电源电动势；电动机为反电动势。
30、直流电枢绕组的电磁转矩
(1) 大小
单位：Wb
CT 转矩常数：
T = CTΦ Ia CT =
复习知识点：直流电机篇
8、直流电动机电磁关系： 直流 电流 交流 电流 电磁转矩 (拖动转矩) 机械 负载
做功
换向
Φ
旋转
克服
反电 动势
9、直流发电机电磁关系： 原动机 做功 Φ 感应电动 输出 换向 势、电流 直流电
电磁转矩 （阻转矩）
10、直流电机结构：
(1) 定子 主磁极：相邻主 磁极呈N、S交替 排列。 换向磁极
成磁动势是一个正弦分布、以同步转速向前推移的圆形正向旋
转磁动势波，合成磁动势的幅值为单相磁动势幅值的3／2倍。 当其中一相电流不对称时，便为椭圆形旋转磁动势。
异步电机篇
56、感应电机的结构
定子
定子铁心 定子绕组 机座
感应电机 转子铁心 绕线型 结构 转子
转子绕组
笼 型 结构 转轴
57、转差率S：旋转磁场的转速ns与转子转速n之差称为转差。 转差Δn与同步转速ns的比值称为转差率，即：
电机学 变压器2
9.2 变压器的负载运行
φ主磁通
A u1 X i1 * e1 e1σ R1
N1
*
i2 e2 e2σ
a u2 ZL x
φ1σ
φ2σ
N2
R2
N1i1
→ φ1σ
→ Fm = N1im → φ
一次绕组电压方程 dφ → e1σ = N1 1σ dt = u1 i1 R1 dφ → e1 = N1 dt
二次侧归算到一次侧后， 二次侧归算到一次侧后，二次侧的 电势和电压应乘以k倍 电流乘以1/k 电势和电压应乘以 倍，电流乘以 阻抗乘以k 倍，阻抗乘以 2倍。
2.变压器的等效电路 变压器的等效电路
归 算 后 基 本 方 程
& & & U 1 = I1Z 1σ E1 &' & ' &' ' E 2 = U 2 + I 2 Z 2σ & & &' & E1 = kE 2 = E 2 = I m Z m I + I ' = I & & & 2 m 1
1
& I
& E1
' 2
& jI1 X1σ
α 0
& &' E1 = E2
2
&' U2
' '
& U1
& &' I2 I2 R2 变压器感性负载时的相量图
&' jI2 Xz'σ
基本方程、等效电路和相量图是分析变压器运行的三种方法。 基本方程、等效电路和相量图是分析变压器运行的三种方法。基本方程概括了变 是分析变压器运行的三种方法 压器中的电磁关系，而等效电路和相量图是基本方程的另一种表达形式， 压器中的电磁关系，而等效电路和相量图是基本方程的另一种表达形式，三者是一致 的。
电机学的课文重点
第二章变压器的基本作用原理与理论分析1.变压器的基本工作原理。
2.基本结构。
3.额定值。
4.从变压器的内部电磁关系出发，分析变压器的空载和负载运行；导出变压器的基本方程式，再通过折算，导出变压器的等效电路和相量图；5.参数的测定方法；（注意公式中所用的值均为相值以及电阻随温度变化的有关计算公式）6.掌握如何计算变压器的运行性能：电压变化率和效率。
第三章三相变压器及运行1.熟悉三相变压器的连接组别，掌握连接组别的判别方法。
2.掌握连接组别和磁路结构对电势波形的影响。
3.掌握变压器并联运行的条件和不满足并联运行条件的影响以及计算并联运行的负载分配问题。
第四章三相变压器的不对称运行1.了解对称分量法的分析方法；2.了解变压器各序阻抗概念及特点。
3．了解变压器次级突然短路时瞬态过程中过电流的影响。
4．了解变压器空载合闸时瞬态过程中电压初相角的影响。
第五章电力系统中的特种变压器1.熟悉三绕组变压器的特点以及等效电路中组合电抗的概念及意义。
2.熟悉自耦变压器的结构；原、副方电压电流和容量的关系的特点以及自耦变压器的优缺点。
3.掌握电压、电流互感器的工作特点，使用时注意的事项。
第六章交流电机绕组及其感应电动势1.掌握与交流绕组连接有关的几个量如电角度、槽距角等求法。
2.掌握三相交流绕组的组成原则和连接规律，以60。
相带为重点，掌握交流绕组相带的划分、节距的选取以及不同支路数绕组的连接。
（下学期做实训要用到）3.熟悉交流电势的产生；电势波形、频率、有效值；影响电势大小和波形好坏的各种原因。
4.掌握电势的计算方法和削弱谐波电势的方法（注意节距因数、分布因数及绕组因数的求法）第七章交流绕组的磁动势1.掌握单相、三相绕组磁动势的性质、大小、波形。
（注意课本P115、P118结论）2.熟悉谐波磁势的性质和影响。
3.掌握交流电机中空间矢量和时间相量的关系。
注意：学习交流绕组磁势时应和交流绕组的电势对比，注意它们的共性和特性。
第二章 变压器 电机学原理
E 10 jL 1 I 0 jI 0 X 1 作为I 0的电抗压降， 1 2fLσ1为漏磁电抗 X
C、原绕组回路的电压方程：
u1 e10 e 10 i 0 R1
U1 I 0 R 1 (-E 10 ) (-E10 ) I 0 (R1 jX 1 ) (-E10 ) -E10 U1 E10 4.44fN 0 m 1
23
i1
i2
e1
u1
e
N1
1
2
e2 u e 2
Z
N2
原边的电压方程：
u1 e1 e 1 i1R1
副边的电压方程：
设
m sin t d 2fN1 m sin(t 900 ) E1m sin(t 900 ) 则 e1 N1 dt d e2 N 2 2fN 2 m sin(t 900 ) E 2 m sin(t 900 ) dt 有效值 E1 4.44 fN1 m 有效值 E2 4.44 fN 2 m
U1 I1 (R1 jX 1 ) (-E1 ) -E1 4.44fN m 1
U1为外加电源，空载与负载均相同，所以 4.44fN 0m 4.44fN m 1 1
0m m 由于磁通近似相等，磁阻不变，所以空载与负载磁动势近似相等。 i 0 N 1 R m 0 i1 N1 i 2 N 2 R m
当原边电压和负载功率因数一 定时, 副边电压随负载电流 的变化关系曲线 即U 2 f(I2 ), 称为为变压器的外特 . , 性
RS
I1
I2
RS ~ ES
~ E
S
R
电机学：第二章 变压器
此时产生磁通的电流不但包括纯无功电流i，还包括有功电流
电动势滞后磁通90，磁通与电流不同相位，因此电流与电动势相位差不是90
此时 i
变为
im ，且 im 与 不同相位，im 超前
一
角度，即前一章所
Fe
述的磁通要滞后电流。
：铁耗角
Fe
im 为实线所示，i 为虚线所示
此时 im 中除无功分量 i 外，还有有功分量 iFe
当原方接到交流电源时，在外施电压作用下，原绕组中有交流电流过， 并在铁心中产生交变磁通，且这一磁通同时交链原、副方绕组，根据电磁感
应定律，原、副方绕组分别感应电势 e1 e2
e1
d 1 dt
N1
d dt
e2
d 2 dt
N2
d dt
副方有了电势便向负载供电，实现了能量传递。
上图中如不计原、副绕组电阻，不考虑漏磁通，则变压器为理想变压器， 可写出原、副方电压、电势方程式：
波形相同
如果磁路饱和（工作于非线形磁化曲线段），则电流 iu与磁通
波形不相同
当磁路饱和时： 由于磁路的饱和关系
当 为正弦 时, i 为尖顶波。 当 i 为正弦 时， 为平顶波
插入动态图2-7(2)
由于磁路的饱和关系
当 为正弦 时, i 为尖顶波。 当 i 为正弦 时， 为平顶波
插入动态图2-33
（3）感应电势的正方向与产生该电动势的磁通的正方向之间符合右 手螺旋关系，所以感应电动势的正方向与电流的正方向一致；
二次侧：（1）二次绕组感应电动势的正方向与产生该电动势的磁通的正方向 符合右手螺旋关系；
（2）二次绕组内电流的正方向与二次绕组电动势的正方向一致；
（3）二次绕组端电压的正方向与电流正方向一致；
《电机学变压器》
Φ
Φ
Φ
iμ
ωt1 ωt2
iμ ωt
ωt1
iμ
ωt2
ωt
磁化电流图解法
iμ Φ
ωt
铁芯饱和时：当磁通为平顶波，磁化电流为正弦波。
Φ
Φ
Φ
iμ
ωt1 ωt2 ωt
iμ
ωt1
iμ
ωt2
ωt
磁化电流2
iμ Φ
ωt
（2）铁耗电流（有功分量）iFe 与铁心损耗对应，铁耗电流 iFe 与-e1同相位，为有功电
流。
.
..
.
原绕组： U1 E1E1I1r1
副绕组：空载时，I2=0
.
.
U 2 E2
2、漏电抗
漏磁导
磁势
原边漏磁通：
1 1F 1 1N 1i1
e1N1d dt1N12 1d dit1
若i1随时间作正弦变化，则可写成： i1 2I1sint
e 1 N 1 2 1 d d it12N 1 2 1 I1co st
干式变压器
3.变压器的基本结构和主要部件 主要部件：铁心和绕组（构成器身）；还有油箱、绝缘套管、 分接开关、安全气道等
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三相油浸式电力变压器
三相变压器
(1) 铁心 既是磁路，也是套装绕组的骨架 包括：心柱（套有绕组）和铁轭（形成闭合磁路） 由0.35～0.5mm厚硅钢片叠成或非晶合金制成 结构上分为：心式和壳式，电力变压器主要用心式
铁轭
铁
2
1
心 柱
1
2
铁
2
1
心 柱
1
2
铁轭
同心式绕组
铁
铁
铁
1心1
电机学上册复习重点——第2篇变压器
第二篇 变压器一、填空：1. 一台单相变压器额定电压为380V/220V ，额定频率为50HZ ，如果误将低压侧接到380V 上，则此时m Φ ,0I ,m Z ,Fe p 。
（增加，减少或不变） 答：m Φ增大，0I 增大，m Z 减小，Fe p 增大。
2. 一台额定频率为50Hz 的电力变压器接于60Hz ，电压为此变压器的6/5倍额定电压的电网上运行，此时变压器磁路饱和程度 ，励磁电流 ，励磁电抗 ，漏电抗 。
答：饱和程度不变，励磁电流不变，励磁电抗增大，漏电抗增大。
3. 三相变压器理想并联运行的条件是（1） ，（2） ，（3） 。
答：（1）空载时并联的变压器之间无环流；（2）负载时能按照各台变压器的容量合理地分担负载；（3）负载时各变压器分担的电流应为同相。
4. 变压器空载运行时功率因数很低，其原因为 。
答：激磁回路的无功损耗比有功损耗大很多，空载时主要由激磁回路消耗功率。
5. 一台变压器，原设计的频率为50Hz ，现将它接到60Hz 的电网上运行，额定电压不变，励磁电流将 ，铁耗将 。
答：减小，减小。
6. 引起变压器电压变化率变化的原因是 。
答：负载电流的变化。
7. 如将额定电压为220/110V 的变压器的低压边误接到220V 电压，则激磁电流将 ，变压器将 。
答：增大很多倍，烧毁。
8. 联接组号不同的变压器不能并联运行，是因为 。
答：若连接，将在变压器之间构成的回路中引起极大的环流，把变压器烧毁。
9. 变压器副边的额定电压指 。
答：原边为额定电压时副边的空载电压。
10. 通过 和 实验可求取变压器的参数。
答：空载和短路。
11. 变压器的结构参数包括 ， ， ， ， 。
答：激磁电阻，激磁电抗，绕组电阻，漏电抗，变比。
12. 既和原边绕组交链又和副边绕组交链的磁通为 ，仅和一侧绕组交链的磁通为 。
答：主磁通，漏磁通。
13. 变压器的一次和二次绕组中有一部分是公共绕组的变压器是 。
电机学 第二篇变压器
5.绝缘套管
绝缘套管由中心导电杆与瓷套组成。导电杆穿过 变压器油箱、在油箱内的一端与线圈的端点联接， 在外面的一端与外线路联接。 在瓷套和导电杆间留有一道充油层——充油套管 当电压等级更高时，在瓷套内腔中常环绕着导电 杆包上几层绝缘纸简，在每个绝缘纸简上贴附有 一层铝箔，则沿着套管的径向距离，绝缘层和铝 箔层构成串联电容器，使资套与导电杆间的电场 分布均匀 套管外形常做成伞形，电压愈高、级数愈多。
对于三相变压器 I1 N I 2N
4、其它铭牌值，如短路电压、额定频率、绕组布置及联接组 运行方式、冷却方式、总重量、油重等。
§3-2 变压器空载运行
空载是指变压器的原边(一次绕组)接入电源，次边(二次绕组) 开路的状态。
i0
u1
i2 0
e1 e1
N1 1
N2
e2
u20
正方向的规定
同心式（P18图1-4） 结构：同心式绕组的高、低压绕组同心地套装在心柱上。 特点：同心式绕组结构简单、制造方便，国产电力变压器 均采用这种结构。
交叠式（P18图1-5）
结构：交迭式绕组的高、低压绕组沿心柱高度方向互相交 迭地放置。 特点：交迭式绕组用于特种变压器中。
3.变压器油——冷却、绝缘
电力变压器绕组与铁心装配完后用夹件紧固，形成变压器的 器芯。变压器器芯装在油箱内，油箱内充满变压器油。变压 器油是一种矿物油，具有很好的绝缘性能。变压器油起两个 作用：
①绝缘：绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间 ②散热：热量通过油箱壳散发，油箱有许多散热油管，以
电机学复习提纲(变压器部分)
第1章变压器的基本知识及结构Ch1.1 变压器的基本工作原理1.1.1 变压器的基本工作原理变压器是利用电磁感应原理来改变电压和传递能量的。
掌握变比k的计算：高低压侧一相的匝数比，或电压比，或感应电势之比（P3下方、P4上方的几个公式），通常大于1。
1.1.2 变压器的分类变压器的分类：重点掌握按相数、绕组数、铁芯结构、调压方式、冷却介质和冷却方式分类，此外，三相变压器按磁路系统可分为三相心式变压器和三相组式变压器（详见3.2节）。
Ch1.2 大型电力变压器的结构铁芯和绕组为主要部件，合称器身，放在油箱内部。
1.2.1 铁芯铁芯是变压器的磁路部分。
铁芯的材料：硅钢片，其作用在于提高磁路的导磁性能，减小铁芯中的磁滞、涡流损耗，即减少发热。
硅钢片的两面涂有绝缘漆。
1.2.2 绕组绕组是变压器的电路部分，包括铜、铝两种导线。
为了便于绝缘，低压绕组靠近铁芯柱，高压绕组套在低压绕组外面（针对双绕组变压器），两个绕组之间留有油道。
1.2.3 油箱及其他附件须掌握以下各部件的名称．．．．。
．．，并了解其大致作用油箱：用于盛装变压器油。
变压器油起的是绝缘和冷却的作用。
储油柜（又名“油枕”）：其作用是减少变压器油与外界空气的接触面积，减小变压器油受潮和氧化的概率。
储油柜上装有吸湿器，吸湿器内有硅胶，用来过滤进入其中的空气中的杂质和水分。
硅胶干燥状态下为蓝色，吸潮饱和后呈粉红色，可再生。
分接开关：用来切换分接头，起到调压的作用。
分接开关分为无载调压（或无励磁调压）和有载调压两种。
Ch1.3 变压器的型号和额定值1.3.1 额定值掌握五个常用的额定值之间的关系式：P9的两个公式，必须会灵活应用．．．．（第二个公式中，对于三相变压器，都是电压、电流都是线值．．，功率是三相总功率．．．．．）。
掌握课件第1章P30例1.1（书上没有）1.3.2 型号结合P9表1.1识别变压器的型号，例如SL9-200／10、SFPL-6300/110、S7-500/10等。
电机学-变压器
测温元件、净油器、气体继电器等
出线装置—高、中、低压套管，电缆出线等
6
2.2.1变压器的基本结构
第二章 变压器
上铁轭 铁心柱 低压绕组
绝缘层纸 高压绕组
下铁轭
实物图
夹具 引出线
绝缘板
3D仿真模型图
7
第二章 变压器
2.2.1变压器的基本结构
1、铁心 ：磁路部分
0.02mm左右厚度 的非晶合金材料
2.3.3空载运行的电压方程、等效电路和相量图
3、空载运行的相量图
根据方程，可作出变压器空载时的相量图：
U1 jI0 X1σ
（1）以 m为参考相量 （2）I 与 m同相，IFe 超前 I 90 0 , Im I IFe （3）E1, E2 滞后 m 90 0 , E1超前 m 90 0 , （4） r1I0 , jI0 x1
2.2变压器的基本结构与额定值
电力系统中的变压器
油浸式
干式
4
第二章 变压器
1-高压套管；2-分接开关；3-低压套管； 4-气体继电器；5-安全气道(防爆管或释压阀)； 6-储油柜；7-油位计；8-吸湿器； 9-散热器； 10-铭牌；11-接地螺栓；12-油样活门； 13-放油阀门；14-活门；15-绕组； 16-信号温度计；17-铁心；18-净油器； 19-油箱；20-变压器油
矩形截面
接近圆形截面
9
第二章 变压器
2.2.1变压器的基本结构
铁心由铁心柱和铁轭组成
铁轭
铁心柱
铁轭
铁心柱
铁轭
铁心柱
高压绕组
壳式变压器
低压绕组
心式变压器
10
第二章 变压器
2.2.1变压器的基本结构
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第二篇 变压器一、填空：1. 一台单相变压器额定电压为380V/220V ，额定频率为50HZ ，如果误将低压侧接到380V 上，则此时m Φ ,0I ,m Z ,Fe p 。
（增加，减少或不变） 答：m Φ增大，0I 增大，m Z 减小，Fe p 增大。
2. 一台额定频率为50Hz 的电力变压器接于60Hz ，电压为此变压器的6/5倍额定电压的电网上运行，此时变压器磁路饱和程度 ，励磁电流 ，励磁电抗 ，漏电抗 。
答：饱和程度不变，励磁电流不变，励磁电抗增大，漏电抗增大。
3. 三相变压器理想并联运行的条件是（1） ，（2） ，（3） 。
答：（1）空载时并联的变压器之间无环流；（2）负载时能按照各台变压器的容量合理地分担负载；（3）负载时各变压器分担的电流应为同相。
4. 变压器空载运行时功率因数很低，其原因为 。
答：激磁回路的无功损耗比有功损耗大很多，空载时主要由激磁回路消耗功率。
5. 一台变压器，原设计的频率为50Hz ，现将它接到60Hz 的电网上运行，额定电压不变，励磁电流将 ，铁耗将 。
答：减小，减小。
6. 引起变压器电压变化率变化的原因是 。
答：负载电流的变化。
7. 如将额定电压为220/110V 的变压器的低压边误接到220V 电压，则激磁电流将 ，变压器将 。
答：增大很多倍，烧毁。
8. 联接组号不同的变压器不能并联运行，是因为 。
答：若连接，将在变压器之间构成的回路中引起极大的环流，把变压器烧毁。
9. 变压器副边的额定电压指 。
答：原边为额定电压时副边的空载电压。
10. 通过 和 实验可求取变压器的参数。
答：空载和短路。
11. 变压器的结构参数包括 ， ， ， ， 。
答：激磁电阻，激磁电抗，绕组电阻，漏电抗，变比。
12. 既和原边绕组交链又和副边绕组交链的磁通为 ，仅和一侧绕组交链的磁通为 。
答：主磁通，漏磁通。
13. 变压器的一次和二次绕组中有一部分是公共绕组的变压器是 。
答：自耦变压器。
14. 并联运行的变压器应满足（1） ，（2） ，（3） 的要求。
答：（1）各变压器的额定电压与电压比应相等；（2）各变压器的联结组号应相同；（3）各变压器的短路阻抗的标幺值要相等，阻抗角要相同。
15. 变压器运行时基本铜耗可视为 ，基本铁耗可视为 。
答：可变损耗，不变损耗。
16、变压器由空载到负载，其主磁通m Φ的大小________________________。
变压器负载时主磁通m Φ的作用________________________________。
（基本不变；传递能量的媒介）17、变压器等值电路中m R 是代表________________________。
变压器等值电路中m X 是代表___________________________________。
（反映铁损的等效电阻；反映铁芯磁化性能的参数）18、电压互感器在使用时，二次侧不允许________。
电流互感器在使用时，二次侧不允许________。
（短路；开路）19、变压器短路试验一般___________侧测量，空载试验一般在__________侧测量。
变压器短路试验可以测得___________阻抗，空载试验可以测得___________阻抗。
（高压侧；低压侧；短路；激磁）20、变压器带感性负载运行时，随负载电流的增加，二次侧端电压___________。
（下降） 二、作图题1、画出变压器的T 形等效电路，并标明各相量的参考方向。
并说明,m m X R 所代表的意义.2、画出变压器的简化等效电路，并作出简化相量图（感性负载）。
3、根据绕组联结图确定联结组标号三、简答1. 变压器原、副方额定电压的含义是什么？答：变压器一次额定电压U 1N 是指规定加到一次侧的电压，二次额定电压U 2N 是指变压器一次侧加额定电压，二次侧空载时的端电压。
2. 变压器空载运行时，是否要从电网取得功率？这些功率属于什么性质？起什么作用？为什么小负荷用户使用大容量变压器无论对电网和用户均不利？答：要从电网取得功率，有功功率供给变压器本身功率损耗，即铁心损耗和绕组铜耗，它转化成热能散发到周围介质中；无功功率为主磁场和漏磁场储能。
小负荷用户使用大容量变压器时，在经济技术两方面都不合理。
对电网来说，由于变压器容量大，励磁电流较大，而负荷小，电流负载分量小，使电网功率因数降低，输送有功功率能力下降，对用户来说，投资增大，空载损耗也较大，变压器效率低。
3. 试述变压器激磁电抗和漏抗的物理意义。
它们分别对应什么磁通，对已制成的变压器，它们是否是常数？答：激磁电抗是表征铁心磁化性能和铁心损耗的一个综合参数；漏电抗是表征绕组漏磁效应的一个参数。
激磁电抗对应于主磁通，漏电抗对应于漏磁通，对于制成的变压器，励磁电抗不是常数，它随磁路的饱和程度而变化，漏电抗在频率一定时是常数。
4. 为什么可以把变压器的空载损耗近似看成是铁耗，而把短路损耗看成是铜耗？变压器实际负载时实际的铁耗和铜耗与空载损耗和短路损耗有无区别？为什么？答：因为空载时电流很小，在空载损耗中铁耗占绝大多数，所以空载损耗近似看成铁耗。
而短路时，短路电压很低，因而磁通很小，铁耗也很小，短路损耗中铜耗占绝大多数，所以近似把短路损耗看成铜耗。
实际负载时铁耗和铜耗与空载时的铁耗和铜耗有差别，因为后一个是包含有其它损耗。
5. 变压器空载时，一方加额定电压，虽然线圈（铜耗）电阻很小，电流仍然很小，为什么？答：因为一方加压后在线圈中的电流产生磁场，使线圈有很大的自感电势（接近额定电压，比额定电压小），所以虽然线圈电阻很小，电流仍然很小。
6. 变压器的额定电压为220/110V ，若不慎将低压方误接到220V 电源上，试问激磁电流将会发生什么变化？变压器将会出现什么现象？答：误接后由m fN E U Φ=≈144.4知，磁通增加近一倍，使激磁电流增加很多（饱和时大于一倍）。
此时变压器处于过饱和状态，副边电压440V 左右，绕组铜耗增加很多，使效率降低、过热，绝缘可能被击穿等现象发生。
五、计算1. 一台单相变压器，KVA S N 1000=，kV U U NN 3.66021=，Hz f N 50=，空载及短路实验的结果如下：试计算：（1）折算到高压边的参数（实际值及标么值），假定2'21k R R ==，2'21k X X X ==σσ （2）画出折算到高压边的T 型等效电路； （3）计算短路电压的百分值及其二分量；（4）满载及8.0cos 2=φ滞后时的电压变化率及效率; （5）最大效率。
解：（1）空载实验可以得到折算到高压边的参数 02I U k Z m = ，而k ＝60/6.3＝9.524 所以Ω=⨯=k Z m 577.561.106300524.92 Ω=⨯==k I P k R m 446.41.105000524.9222002 Ω=-=k R Z X m m m 402.5622根据短路实验得到折算到低压边的参数 Ω=⨯====5.3015.152140002222'21k k k I P R R R Ω=⨯==86.21315.1523240k k k I U Z Ω=-==5.102)2(22'21k k R Z X X σσ 21111 3.6N N NNN U Uk Z S I ===Ω所以 235.16.3446.41*===N m m Z R R 667.156.3402.561*===N m m Z X X 3311*2*110472.8106.35.30-⨯=⨯===N Z R R R 2311*2*1108472.2106.35.102-⨯=⨯===N Z X X X σσσ （2）折算到高压的T 型等效电路（3）%69.1%1000169.0%100=⨯=⨯=*K kr R u%69.5%1000569.0%100=⨯=⨯=*K kx X u%94.569.569.12222=+=+=kx kr k u u u(4) 电压变化率%77.4)%6.069.58.069.1(sin cos 22=⨯+⨯=+=∆φφkx kr u u u此时，211'57.138N N u kV U U U =-∆⋅=而211'16.667N NNS A I IU ≈==所以 kW COS I U P 3.9528.0667.16138.572'2'22=⨯⨯==φ 故 kW P I I P P P k kN 24.974)(21021=++= 则 21952.3100%100%97.75%974.24P P η⨯=⨯==（5）达到最大效率时，kW p p cu Fe 5000== 所以 A R p I k cu 05.9615000'2===543.067.1605.91'2*2===N I I I所以%19.98%100)14000543.050008.010*******.014000543.050001(%100)cos 1(2322*202*22*20max =⨯⨯++⨯⨯⨯⨯+-=⨯+++-=kN kP I P S I P I P φη 2．一台单相变压器50kVA 、7200/480V 、60Hz 。
其空载和短路实验数据如下试求：（1）短路参数及其标么值；（2）空载和满载时的铜耗和铁耗；（3）额定负载电流、功率因数9.0cos 2=φ滞后时的电压变化率、副边电压及效率。
（注：电压变化率按近似公式计算）解： 11 6.944N N N S A I U == 22104.167N N NSA I U == (1) 短路参数 15722.427k k kU Z I ===Ω Ω===55.12761522k kk I P RΩ=-=-=58.1855.1242.222222k k k R Z X其阻抗基值 11172001036.876.944N N NU Z I ===Ω 所以 10.0216k k NZ Z Z •==0121.087.103655.121*===N k k Z R R 0179.087.103658.181*===N k k Z X X (2) 空载时铁耗 W P p Fe 2450=≈; 铜耗 0≈cu p 满载铜耗 W P I I P k k N kN 2.605615)7944.6()(221=⨯==; 铁耗 W p Fe 245= (3) 额定负载电流时 22104.167N A I I == 根据电压变化率近似公式%100)sin cos (2*2*⨯+=∆φφk k X R u 得%87.1%100)81.010179.09.00121.0(=⨯-⨯+⨯=∆u此时副方电压 22(1 1.87%)471.02N V U U =⨯-=所以 2222471104.1670.944158.64N Cos U P I ϕ==⨯⨯=wW P p P P kN 64.450082.60524564.44158021=++=++=21100%98.11%P P η=⨯=3.三相变压器的额定值为S N ＝1800kVA ，U 1N /U 2N ＝6300/3150V ，Y ，d11联结，空载损耗P 0＝6.6kW ，短路损耗P k ＝21.2kW ，求（1） 当输出电流I 2＝I 2N ，8.0cos 2=φ时的效率； （2） 效率最大时的负载系数βm 。