變壓器的基本工作原理和結構

1、3.1 變壓器的基本工作原理和結構思考學習內容知識要點l3.1.1 變壓器的基本工作原理及分類l3.1.2 變壓器的基本結構l3.1.3 變壓器的型號與額定值3.1 變壓器的基本工作原理和結構3.1.1 3.1.1 變壓器的基本工作原理和分類變壓器的基本工作原理和分類電能機械能電能？電動機變壓器一、變壓器的基本工作原理一、變壓器的基本工作原理問題問題: : 為什么將變壓器的原邊接到交流電源上，燈泡就會發(fā)光呢？變壓器就是按照“動電生磁，動磁生電”的電磁感應原理制成的。一、一、變壓器的基本工作原理變壓器的基本工作原理燈泡將電能轉換成了光能 工作原理1、當一次繞組接交流電壓后，就有勵磁電流i1流過，

2、該電流在鐵心中可產生一個交變的主磁通2、在兩個繞組中分別產生感應電勢e1和e2 e1=N1 d/dt e2=N2 d/dt3、若略去繞組電阻和漏抗壓降，則以上兩式之比為： U1/U2(-e1)/(-e2)=N1/N2 4、U1/U2(-e1)/(-e2)=N1/N2=k， k k定義為變壓器的變比變比。 即：U1/U2=N1/N2U1/U2=N1/N2 =K=K 從此式可以看出，若固定U1，只要改變匝數(shù)比即可達到改變電壓的目的了 變壓器就是按照“動電生磁，動磁生電”的電磁感應原理制成的。變壓器的變壓器的外型外型和和器身器身圖圖二、變壓器的分類二、變壓器的分類電力變壓器的類別電力變壓器的類別用途

3、分用途分配電變壓器配電變壓器升壓變壓器升壓變壓器降壓變壓器降壓變壓器（一）電力變壓器試驗、儀用等變壓器試驗、儀用等變壓器(二) 特種變壓器電力變壓器的類別電力變壓器的類別用途分用途分電爐、整流變壓器電爐、整流變壓器電力變壓器類別電力變壓器類別- -線圈數(shù)目分線圈數(shù)目分v雙繞組變壓器雙繞組變壓器，在鐵芯中有兩個繞組，一個為初級繞組，一個為次級繞組 v自耦變壓器，自耦變壓器，初級、次級繞組合為一個 v三繞組變壓器三繞組變壓器，三個繞組連接三種不同電壓的線路v多繞組變壓器，如分裂變壓器分裂變壓器電力變壓器類別電力變壓器類別- -冷卻方式冷卻方式l油浸式變壓器油浸式變壓器鐵芯和繞組都一起浸入灌滿了變壓

4、器油的油箱中，可以加強絕緣和改善冷卻散熱條件（大容量）l干式變壓器干式變壓器 能滿足特殊要求，如安全（小容量變壓器）l充氣式變壓器充氣式變壓器絕緣性能優(yōu)于油浸式（大容量）SF6干式變壓器干式變壓器油浸式變壓器油浸式變壓器電力變壓器類別電力變壓器類別- -冷卻方式冷卻方式強迫油循環(huán)電力變壓器強迫油循環(huán)電力變壓器電力變壓器類別電力變壓器類別- -相數(shù)相數(shù)單相變壓器單相變壓器三相變壓器三相變壓器電力變壓器類別電力變壓器類別- -調壓方式調壓方式有載調壓變壓器有載調壓變壓器無載調壓變壓器無載調壓變壓器3.1.2 電力變壓器的基本結構電力變壓器的基本結構l鐵芯鐵芯l繞組繞組l油箱和冷卻裝置油箱和冷卻裝置

5、l絕緣套管絕緣套管l保護裝置保護裝置圖3.1.2 油浸式電力變壓器一、鐵芯一、鐵芯變壓器的磁路變壓器的磁路l電力變壓器的鐵心是由0.35mm0.35mm厚的冷軋硅鋼片疊成。減少渦流損耗，提高導磁系數(shù)。鐵心柱鐵軛圖圖3.1.3 變壓器的鐵芯平面變壓器的鐵芯平面鐵芯結構鐵芯結構心式、殼式心式、殼式心式心式 結構簡單工藝簡單應用廣泛殼式殼式 結構復雜，用在小容量變壓器和電爐變壓器 圖 3.1.4 鐵芯結構示意圖鐵芯的交疊裝配奇數(shù)層偶數(shù)層奇數(shù)層偶數(shù)層l變壓器鐵心疊法，偶數(shù)層剛好壓著奇數(shù)層的接縫，從而減少了磁路和磁阻，使磁路便于流通 接逢處氣隙小l可以避免渦流在鋼片之間流通圖 3.1.6 疊片式鐵世交錯

6、的疊放方式變壓器鐵心柱橫截面 l小型變壓器做成方形或者矩形 l大型變壓器做成階梯形 ，容量大則級數(shù)多。疊片間留有間隙作為油道(縱向或橫向)。近年來，出現(xiàn)一種漸開線形鐵芯優(yōu)點：節(jié)省硅鋼片，便于機械化生產，節(jié)省工時油道圖 3.1.7 鐵芯柱截面二、繞組二、繞組變壓器的電路變壓器的電路l變壓器繞組一般為絕緣扁銅線扁銅線或絕緣圓銅線圓銅線在繞線模上繞制而成。l為便于制造、在電磁力作用下受力均勻以及機械性能良好，繞組線圈作成圈形圈形。l按照繞組在鐵芯中的排列方法分類，變壓器可分為鐵鐵芯式芯式和鐵殼式鐵殼式兩類 l基本型式根據(jù)高低壓繞組在鐵芯柱上排列方式不同可分為同芯式同芯式和交疊式交疊式 鐵殼式變壓器鐵

7、殼式變壓器 l變壓器的鐵芯柱在中間，鐵軛在兩旁環(huán)繞，且把繞組包圍起來 l結構比較堅固、制造工藝復雜，高壓繞組與鐵芯柱的距離較近，絕緣也比較困難 l通常應用于電壓很低而電流很大電壓很低而電流很大的特殊場合，例如，電爐用變壓電爐用變壓器器。這時巨大的電流流過繞組將使繞組上受到巨大的電磁力，鐵殼式結構可以加強對繞組的機械支撐，使能承受較大的電磁力。 圖3.1.8 殼式變壓器的結構示意圖 芯式變壓器繞組和鐵芯的裝配示意圖芯式變壓器繞組和鐵芯的裝配示意圖l繞組繞組同芯同芯套裝在變壓器鐵心柱上，低壓繞套裝在變壓器鐵心柱上，低壓繞組在內層，高壓繞組套裝在低壓繞組外層，組在內層，高壓繞組套裝在低壓繞組外層，以

8、便于絕緣。以便于絕緣。 圖圖3.1.9 芯式變壓器的鐵芯和繞組的裝配示意圖芯式變壓器的鐵芯和繞組的裝配示意圖 繞組的基本型式繞組的基本型式同心式同心式 同芯式同芯式鐵芯式變壓器常用。高壓繞組和低壓繞組均做成圓筒形，然后同芯地套在鐵芯柱上 ，為便于絕緣，通常低壓繞組通常低壓繞組在里面在里面，高壓繞組在外面高壓繞組在外面 ，中間加絕緣紙筒絕緣三相心式變壓器外觀示意圖高壓低壓 繞組的基本型式交疊式交疊式交疊式 鐵殼式變壓器常用。高壓繞組和低壓繞組各分為若干個線餅，沿著鐵芯柱的高度交錯地排列著 圖圖3.1.9 交疊式繞組交疊式繞組三、油箱和冷卻裝置l變壓器油變壓器油冷卻、絕緣 絕緣絕緣：繞組與繞組、繞

9、組與鐵心及油箱之間 散熱散熱：熱量通過油箱殼散發(fā)，油箱有許多散熱油管，以增大散熱面積。采用內部油泵強迫油循環(huán)，外部用變壓器風扇吹風或用自來水沖淋變壓器油箱油箱油箱機械支撐、冷卻機械支撐、冷卻散熱、散熱、變壓器運行時產生熱量，使變壓器油膨脹，儲油柜中變壓器油上升，溫度低時下降。儲油柜使變壓器油與空氣接觸面較少， 減緩了變壓器油的氧化過程及吸收空氣中的水分的速度。呼吸呼吸保護作用當變壓器出現(xiàn)故障時，產生的熱量使變壓器油汽化，氣體繼電器動作，發(fā)出報警信號或切斷電源。如果事故嚴重，變壓器油大量汽化，油氣沖破安全氣道管口的密封玻璃，沖出變壓器油箱，避免油箱爆裂。平板式 小容量排管式 較大容量散熱氣式 大

10、容量強迫油循環(huán)大容量氣體繼電器圖3.1.20 冷卻裝置冷卻裝置 油泵油泵為了加快散熱，有的大型變壓器采用內部 油泵強迫油循環(huán) 風扇風扇外部用變壓器風扇吹風 自來水自來水沖淋變壓器油箱。這些都是變壓器的冷卻裝置。 四、絕緣套管 l絕緣套管由中心導電桿與瓷套組成。導電桿穿過變壓器油箱、在油箱內的一端與線圈的端點聯(lián)接，在外面的一端與外線路聯(lián)接。l低壓引比線一般用純瓷套管，高壓引線一般用充油或電容式套管l套管外形常做成傘形，電壓越高、級數(shù)愈電壓越高、級數(shù)愈多多。圖圖3.1.21絕緣套管絕緣套管五、保護裝置l儲油柜儲油柜儲油柜使變壓器油與空氣接觸面變小，減緩了變壓器油的氧化和吸收空氣水分的速度。從而減緩

11、了油的變質。l氣體繼電器氣體繼電器故障時,熱量會使變壓器油汽化，觸動氣體繼電器發(fā)出報警信號或切斷電源l安全氣道安全氣道（防爆筒）（防爆筒）如果是嚴重事故，變壓器油大量汽化，油氣沖破安全氣道管口的密封玻璃，沖出變壓器油箱，避免油箱爆裂。l吸濕器吸濕器 （呼吸器）（呼吸器）內裝硅膠（活性氧休鋁），用以吸收進入儲油柜中空氣的水分l凈油器凈油器過濾油中雜質，改善變壓器油的性能3.1.3 變壓器的型號與額定值l型號型號可反映出變壓器的結構、額定容量、電壓等級、冷卻方式等內容l例一：例一：SL7500/10 SL7500/10 低損耗三相油浸自冷雙繞組鋁線，額定容量500KVA，高壓側額定電壓10KV級電

12、力變壓器l例二：例二：SFPL63000/110 SFPL63000/110 三相強迫油循環(huán)風冷雙繞組鋁線，額定容量63000KVA，高壓側額定電壓110KV級電力變壓器l此外此外，銘牌上還會給出三相聯(lián)結組以及相數(shù)，銘牌上還會給出三相聯(lián)結組以及相數(shù)m m、阻抗電壓、阻抗電壓UkUk、型號、運行方式、冷卻方式和重量等數(shù)據(jù)。型號、運行方式、冷卻方式和重量等數(shù)據(jù)。 一、變壓器型號一、變壓器型號二、變壓器的額定值l額定容量SN（KV-A)銘牌規(guī)定的在額定條件下所能輸出的視在功率，單位為VA或kVA。對三相變壓器指三相的總容三相變壓器指三相的總容量量。 由于效率高，原、副邊的額定容量設計得相等，與體積、

13、用銅量有關。l額定電壓（額定電壓（UN)指變壓器長期運行時所能承受的額定電壓。單位為V或kV。 U1N是指規(guī)定加到一次側的電壓， U2N變壓器一次側加額定電壓，二次側空載時的二次端電壓。 對三相變壓器，銘牌上的額定電壓指線電壓銘牌上的額定電壓指線電壓l額定電流額定電流(IN)指變壓器在額定容量下，允許長期通過的電流，三相變壓器指的是線電流值。單位用A或kA。l額定頻率（額定頻率（HZHZ)電力變壓器的額定頻率是50Hzl效率、溫升 二、變壓器的額定值額定值的關系l單相變壓器l三相變壓器NNNNNNIUSIUS2211NNNNNNIUSIUS221133三、變壓器的發(fā)熱和冷卻 變壓器的允許溫升變

14、壓器的允許溫升油浸變壓器的繞組均用油浸變壓器的繞組均用A級絕緣級絕緣。根據(jù)我國的氣候情況，國家標準規(guī)定以。根據(jù)我國的氣候情況，國家標準規(guī)定以+40作為周圍環(huán)境空氣的最高溫度，并據(jù)此規(guī)定變壓器各部分的容許溫作為周圍環(huán)境空氣的最高溫度，并據(jù)此規(guī)定變壓器各部分的容許溫升升 繞組最高允許溫度為105 變壓器部分最高溫升()測量方法繞組65電阻法鐵芯表面70溫度計法油(頂層)55溫度計法表3-1 變壓器的允許溫升 ？問題 日常生活中的電能是怎樣來的？為什么要高壓輸電？變壓器可以傳輸直流電能嗎？日常生活中的電能是怎樣來的從發(fā)電廠到用戶的送電過程示意圖從發(fā)電廠到用戶的送電過程示意圖6.327KV升壓變壓器

15、發(fā)電機組降壓變壓器 配電變壓器10KV35KV66KV110KV220KV500KV10KV/0.4KV為什么要高壓輸電 ？l電能從發(fā)電廠輸送到用戶。 l輸電線路電阻RX的損耗pX取決于通過輸電線上的電流I的大小令輸送到用戶的功率P=UIcosl輸出電線上的功率損耗：lpX=I2RX=（P /Ucos）2L/S=C*1/U2S l-輸電線材料的電阻系數(shù) lS-輸電線的截面積 lU-輸電線路負載端電壓 lC= P2L/cos2為常數(shù) l說明：若S一定.U升高，損耗PX減少 l若PX一定. U 升高，S 減小，故可節(jié)省材料，則提高送電電壓U ，可達到減少投資和降低運行費用的目的。知識要點l1、 變

16、壓器是按電磁感應原理工作的靜止電氣設備，它在電力系統(tǒng)中用來傳遞電能、變換電壓和電流，以滿足輸電及用電的要求。在工業(yè)生產中，變壓器還用于整流、電爐、電焊、調壓、測量與控制等很多方面。 l2、 變壓器由鐵心、繞組兩個主要部分組成。鐵心是變壓器的磁路部分。電力變壓器的鐵心一般采用0.35毫米厚的硅鋼片疊裝而成。繞組是變壓器的電路部分，它是用電磁線繞制而成的。電力變壓器還有其他附件，如油箱、油枕、氣體繼電器、防爆管、分接頭開關、絕緣套管等。附件對繞組與鐵心起散熱、保護、絕緣等作用，它能保證變壓器安全可靠地運行。 l3.2.1 3.2.1 空載運行時的電磁關系空載運行時的電磁關系l3.2.2 3.2.2

17、 空載電流和空載損耗空載電流和空載損耗l3.2.3 3.2.3 空載時的電動勢方程、空載時的電動勢方程、等效電路和相量圖等效電路和相量圖3.2 單相變壓器的空載運行單相變壓器的空載運行單相變壓器的空載運行單相變壓器的空載運行空載空載指一次繞組接到電源（指一次繞組接到電源（初級初級 1），二），二次繞組（次繞組（次級次級 2）開路）開路。1 電磁物理現(xiàn)象2電磁量參考方向3感應電動勢4空載電流、空載損耗5 電壓比（變比）6 空載等效電路7 空載相量圖空載運行：空載運行：原邊接額定電壓 的電源，副邊開路原邊繞組電流 為空載電流，產生空載勵磁磁勢 _產生主磁通 3.2.1 空載運行時的電磁關系空載運行

18、時的電磁關系一、空載運行時的物理情況一、空載運行時的物理情況1U0I0F0010INF 主磁通主磁通流徑閉合鐵心，磁阻小磁阻小，同時匝鏈了原邊和副邊繞組,并感應出電勢 與 和 。是變壓器傳遞能量的主要媒介原邊繞組漏磁通原邊繞組漏磁通，僅與原邊繞組匝鏈，通過變壓器油或空氣形成閉路，磁阻大，磁阻大，不傳遞功率1磁通分為兩部分磁通分為兩部分變壓器鐵心由高導磁材料硅鋼片制成（導磁系數(shù)r2000)，大部分磁通都在鐵心中流動，主磁通約占總磁通的99強，漏磁通占總磁通的1弱。01E2E1E主磁能與漏磁通的區(qū)別：在性質上磁路不同，因而磁阻不同磁路不同，因而磁阻不同。0同時交鏈一、二次繞組，路徑為沿鐵芯而閉合的

19、磁路，磁阻較小，具有飽和特性，0 與與 I I0 0 呈非線性關系。1只交鏈一次繞組，它所經的路徑大部分為非磁性物質，磁阻較大， 1 與與 I I0 0 呈線性關系，不具飽和特性。在作用上在作用上功能不同功能不同。主磁通通過互感作用傳遞功率主磁通通過互感作用傳遞功率，漏磁通不傳遞功率，僅起漏抗壓降的作用。在數(shù)量上在數(shù)量上 0 99% 總磁通，總磁通， 1 1%總磁通總磁通變壓器空載時各變壓器空載時各電磁量間的關系電磁量間的關系二、變壓器各電磁二、變壓器各電磁量參考方向的規(guī)定量參考方向的規(guī)定l規(guī)定電流的正方向與該規(guī)定電流的正方向與該電流所產生的所產生的磁通正方正方向符合向符合“右手螺旋”定則，定

20、則，l規(guī)定規(guī)定磁通的正方向與其的正方向與其感應電勢的正方向符合的正方向符合“右手螺旋”定則。定則。l電流正方向與電勢正方向一致。二、變壓器各電磁量二、變壓器各電磁量參考方向參考方向的規(guī)定的規(guī)定l一次繞組一次繞組（負載負載）按按電動機電動機慣例慣例 同方向同方向 與與 符合符合右手螺旋右手螺旋定則定則 與與 同方向同方向 二次繞組二次繞組（電源電源）按按發(fā)電機發(fā)電機慣例慣例 與與 之間關系用之間關系用 右手螺旋右手螺旋定則確定定則確定 與與 同方向同方向 與與 同方向同方向例如正在增加，d/dt為正，e1 N1d/dt0為負，若外電路能使e1產生電流，其電流方向必與i0正方向相反，該電流產生磁通

21、0，與0方向相反，起阻止0增加的作用，即符合楞次定律三、感應電動勢分析三、感應電動勢分析1、主磁通感應電動勢分析、主磁通感應電動勢分析若 u1 隨時間按正弦規(guī)律變化，則 0 也按正弦規(guī)律變化，設： )90sin(cos)90sin(cossin.22022110110tNtNdtdNetNtNdtdNe感應應電動勢瞬時值為為mtmmmmm磁通幅值主磁通主磁通與感應電勢的關系主磁通與感應電勢的關系（a) 波形圖（b) 向量圖磁通與電動勢之間的關系圖形結論：0 為正弦波時， e 也為正弦波 e滯后0 相位900電動勢有效值、相量表示法電動勢有效值、相量表示法l有效值l相量mmmmmmfNfNEEf

22、NfNEE2222111144. 422/44. 422/mmfNjEfNjE221144.444.42、漏磁通感應的電動勢、漏磁通感應的電動勢l推倒方法同上：推倒方法同上： 結論：磁路不飽和，磁阻很大，且為常數(shù)，因此X1很小，且為常數(shù)，X1X1不隨電源電壓不隨電源電壓U1U1和負載變化和負載變化3.2.2 空載電流和空載損耗空載電流和空載損耗一、空載電流一、空載電流空載電流空載電流主要作用是在鐵心中建立磁場，產生主磁通空載時的變壓器實際上就是一個非線性電感器，其磁通量與電流的關系，服從與鐵磁材料的磁化曲線 =f(i)磁化曲線1、空載電流的作用與組成、空載電流的作用與組成l空載電流包含兩個分量

23、 勵磁分量勵磁分量，作用是建立主磁通，相位與主磁通 相同，為無功分量 鐵損耗分量鐵損耗分量，作用是供給鐵磁材料鐵損（磁滯和渦流損耗），為有功分量?？蛰d運行時從電源輸入少量電功率 ，主要用來補償鐵心中的鐵損耗 raIII0000rI0aI02、空載電流的性質和大小、空載電流的性質和大小l性質性質通常，Ior Ioa ，U1 與 Io 之間相位角 0 接近90 Io Ior 空載電流可近似為感性感性l大小大小 與導磁材料有關 一般變壓器 I0% = （210）% 大容量變壓器 I0% 1% 容量越大容量越大I0% 越小越小%100%00NIII3、空載電流波形、空載電流波形I I0 0 受磁路飽和

24、影響，空載電流呈尖頂波形為分析、測量、計算方便，在相量圖和計算式中，用等效正弦波來代替實際的空載電流二、空載損耗二、空載損耗l變壓器空載運行時，只從電源吸收少量有功功率P0，用來供給鐵芯中鐵損PFe和少量繞組銅損R1I02 P0 = PFe + Pcu PFe P PFeFe的求取的求取 測試法（空載試驗空載試驗） 計算法 PFe B2m f1.3 P0 (0.2%1%)SN 容量越大，空載損耗越小l分析變壓器內部電磁關系的方法1、基本方程式電磁關系的數(shù)學表達式2、等效電路圖應用于定量計算3、相量圖應用于定性分析3.2.3 空載時的電動勢方程、等效電空載時的電動勢方程、等效電路和相量圖路和相量

25、圖1、電動勢平衡方程電動勢平衡方程一次側一次側影響m（主磁通幅值）因素1 1、電源、電源 U1 、 f2 2 、結構、結構 N1一、電動勢平衡方程和變比1、電動勢平衡方程、電動勢平衡方程l二次側二次側 （I2=0）綜上所述可得綜上所述可得:忽略電阻壓降和漏磁電勢， 則U1E14.44fN1 m。 m mUU1 1即：當外當外施電壓施電壓U1U1為定值，主磁通為定值，主磁通 m m也為一定值也為一定值影響m（主磁通幅值）因素1、電源、電源 U1 、 f2 、結構、結構 N1思考題思考題l問題：問題：一臺結構已定的變壓器當外施電壓為已知，需一臺結構已定的變壓器當外施電壓為已知，需要電源提供多大的勵

26、磁電流呢要電源提供多大的勵磁電流呢? 勵磁電流包括哪些成勵磁電流包括哪些成分呢分呢?l答：答：決定于變壓器的鐵芯材料及鐵芯幾何尺寸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，勵磁電流的大小和波形將受磁路飽和、磁滯及渦流的影響。勵磁電流包括勵磁電流包括：有功分量（供鐵損）和無功分量（產生0）2、電壓變比、電壓變比l變比變比一次繞組一次繞組與與二次繞組主電動勢二次繞組主電動勢之比之比。l電壓變比電壓變比k 決定于一、二次繞組匝數(shù)比。l略去電阻壓降和漏磁電勢 NNUU：KDY213,聯(lián)接NNUUUUNNEEK212012121三相變壓器：K為一、二次側相電動勢（電壓）之比NNUU：

27、KYD213,聯(lián)接二、空載時的等效電路和相量圖二、空載時的等效電路和相量圖1 1、空載時的等效電路、空載時的等效電路等效電路等效電路將運行中的變壓器的電和磁之間的相互關系用一個模擬電路的型式來等效漏抗電路模型漏抗電路模型X1表示漏磁通對電路的影響，近似為常數(shù) 勵磁特性的電路模型勵磁特性的電路模型強調強調：Rm勵磁電阻勵磁電阻，并非實質電阻、是為計算鐵損耗鐵損耗引進的模擬電阻模擬電阻。Xm勵磁電抗，勵磁電抗，是主磁通是主磁通引起的電抗Zm勵磁阻抗勵磁阻抗由于鐵芯磁路具有飽和特性，參數(shù)Zm隨外施電壓增加而減小，不是常數(shù)。但變壓器正常運行時，外施電壓等于或近似等于額定電壓，且變動范圍不大,可把Zm看

28、成常數(shù)。 空載時等效電路空載時等效電路 一次繞組電動勢平衡方程一次繞組電動勢平衡方程 因因R1Rm , X1Xm 略Z1，則I I0 0大小取決天大小取決天Z Zm m 等效電路圖只有Zm變壓器采用高導磁材料，增大勵磁阻抗Zm（Xm)，降低空載勵磁電流I0，提高運行效率和功率因數(shù)2、空載時相量圖、空載時相量圖空載時基本方程式空載時基本方程式m （參考方向）E1 滯后m 90度 E1與U20方向一致I0超前m 一個角度U1結論結論l由 可知， m的大小同外施電壓、頻率、一次繞組匝數(shù)決定l空載電流I0與m、N1、 Zm有關， I0隨磁路的飽和而急劇增加，導磁性能越好能越好（越大），空載電流就越空載

29、電流就越小小lXm是變壓器一個重要參數(shù)，在線性電路中它是常數(shù)，在非線性電路中，它的大小隨磁路的飽和而減小隨磁路的飽和而減小， Xm越大，導磁性能越好，導磁性能越好，I0越小思考題思考題l問題: 某單相變壓器額定電壓為380伏/220伏,額定頻率為50HZ。如誤將低壓邊接到380伏電源，變壓器將會發(fā)生一些什么異?，F(xiàn)象？ 答案： 由于 U204.44fN2mU20由220伏變到380伏，增加了 倍，則主磁通m也增 加了 倍，磁路飽和程度增加，因而勵磁電流I0大大增 加，有可能燒毀線圈。33作業(yè)作業(yè)P121 3.9 3.10 本節(jié)重點本節(jié)重點各參數(shù)的物理意義及相互間關系各參數(shù)的物理意義及相互間關系

30、（基本方程式）（基本方程式）3.3節(jié)節(jié)3.5節(jié)節(jié)l3.3 單相變壓器的負載運行單相變壓器的負載運行l(wèi)3.4 變壓器參數(shù)的測定變壓器參數(shù)的測定l3.5 標么值標么值3.3 單相變壓器的負載運行單相變壓器的負載運行3.3.1 3.3.1 負載運行時的電磁關系負載運行時的電磁關系3.3.2 3.3.2 負載運行時的基本方程式負載運行時的基本方程式3.3.3 3.3.3 變壓器的等效電路圖及相量圖變壓器的等效電路圖及相量圖3.3.1 負載運負載運行時的電磁關行時的電磁關系系負載運行負載運行是指一側繞組接額定頻率、額定電是指一側繞組接額定頻率、額定電壓的電源上，另一側繞組接負載的運行狀態(tài)壓的電源上，另一

31、側繞組接負載的運行狀態(tài)。二次繞組電流二次繞組電流的影響的影響帶負載負載一次側接電源一次側接電源1，二次側接負載，二次側接負載Z ZL L，此，此時二次側流過電流時二次側流過電流i2。一次側電流不再是。一次側電流不再是i0， 而是變而是變?yōu)闉閕1。負載后負載后二次側電流產生磁勢二次側電流產生磁勢F2=N2i2，該磁勢將，該磁勢將力圖改變磁通力圖改變磁通0，而磁通是由電源電壓決定的，而磁通是由電源電壓決定的， 也也就是說就是說0基本不變?；静蛔?。要維持維持0不變不變，一次繞組產生一個附加電流i i1L1Li1L 產生磁勢N1i1L=N2i2（與二次磁動勢相抵消）一次電流變?yōu)?i i1 1=i=i

32、0 0+i+i1L1L總磁勢總磁勢 F1+F2=N1i1+N2i2 產生產生0變壓器負載時各電磁量之變壓器負載時各電磁量之間的關系間的關系3.3.2 變壓器運行時的基本方變壓器運行時的基本方程式程式一、磁動勢平衡方程式一、磁動勢平衡方程式 F F1 1+F+F2 2=F=F0 0 N N1 1i i1 1+N+N2 2i i2 2=i=i0 0N N1 1 i i1 1=i=i0 0(-i(-i2 2/k)=i/k)=i0 0+i+i1L1L 變比：K=N1/N2 i1L=-i2/k 為一次側增加的負載分量電流。i1L+i2/k=0 負載后，一次側繞組中的電流由兩個分量組成，一個是負載分量i

33、i1L1L， 另一個是產生磁通的勵磁分量i0，i1L產生的磁勢與二次側電流產生的磁勢大小相等,方向相反,互相抵消。 二次側電流增加或減少的同時必然引起一次側電流的增加右減少一、二次側電流與匝數(shù)之間的關一、二次側電流與匝數(shù)之間的關系系 在滿載時，I0只占I1L的（28），固可將 I0忽略，則 i i1 1=i=i0 0(-i(-i2 2/k) -i/k) -i2 2/k/k I I1 1/I/I2 2 N N2 2/N/N1 1 一、二次側電流之比與匝數(shù)之比成反比一、二次側電流之比與匝數(shù)之比成反比 改變一、二次側匝數(shù)不僅能變壓，而且能變改變一、二次側匝數(shù)不僅能變壓，而且能變電流電流二、電動勢平二

34、、電動勢平衡方程衡方程l一次側一次側 U1=-E1-E1+i1R1 =-E1+i1(R1+jX1) = -E1+i1Z1 二二次側次側 U2=E2+E2-i2R2 =E2-i2(R2+jX2) = E2-i2Z2負載運行時基本方程式組負載運行時基本方程式組3.3.3 變壓器的等效電變壓器的等效電路及相量圖路及相量圖問題是否可找到一個便于工程計算的單純電路，以代替無電路聯(lián)系、但有磁路耦合作用的實際變壓器，但這個電路必須能正確反映變壓器內部電磁過程 答案：有！這種電路稱為變壓器的等效電路，前提條件是必須進行繞組折算一、折算一、折算l繞組折算就是把二次繞組的匝數(shù)變換成一次繞組的匝數(shù) 或者將一次繞組的

35、匝數(shù)變換成二次繞組的匝數(shù)來進行運算，使之成為K=1的變壓器l但不改變其電磁效應的一種分析方法，折算量在原符號加上標號“ ”區(qū)別，折算后的值稱為折算值。l原則折算不改變實際變壓器內部的電磁平衡關系。折算不改變實際變壓器內部的電磁平衡關系。 即：即：1 1）保持二次磁動勢）保持二次磁動勢F2F2不變不變 2 2）保持二次側各）保持二次側各功率（或損耗）不變功率（或損耗）不變下面以二次側折算到一次側為例下面以二次側折算到一次側為例折算方法折算方法二次側各量二次側各量折算到一次側折算到一次側l保持初級繞組匝數(shù)N1不變設想有一個匝數(shù)為N 2 =N1的次級繞組，用它來取代原有匝數(shù)為N2的次級繞組。滿足變比

36、：kN1/N 211 1、二次電流的歸算、二次電流的歸算值值II2 2l物理意義：當用N 2N1替代了N2，其匝數(shù)增加了k倍。為保持磁勢不變。次級電流歸算值減小到原來的1k倍。kINNINNIININI/212222222222歸算前后磁勢應保持不變歸算前后磁勢應保持不變2、二次電動勢的折算、二次電動勢的折算值值E2l歸算前后二次側電磁功率應不變歸算前后二次側電磁功率應不變l E 2I 2E2I2 則： 同理：E2=KE2l物理意義：當用N 2=N1替代了N2，其匝數(shù)增加到k倍。而主磁通 m及頻率f均保持不變，折算后的二次電勢應增加k倍22222kEEIIE3、二次漏阻抗的折算值、二次漏阻抗的

37、折算值R2和和X2 二次電阻值的折算二次電阻值的折算R2折算前后銅耗應保持不變折算前后銅耗應保持不變l物理意義：當用N 2替代N2后，匝數(shù)增加到k倍，二次繞組長度增加到k倍；二次電流減到為原來的l/k倍，折算后的二次繞組截面積應減到原來的lk倍，故折算后的二次電阻應增加到原來的k2倍。（繞組本身沒有變化繞組本身沒有變化）2222222RkRIIR 二次漏電抗的折算值二次漏電抗的折算值X2歸算前后次級漏磁無功損耗應保持不變歸算前后次級漏磁無功損耗應保持不變l物理意義：繞組的電抗和繞組的匝數(shù)平方成正繞組的電抗和繞組的匝數(shù)平方成正比。由于歸算后次級匝數(shù)增加了比。由于歸算后次級匝數(shù)增加了k倍，故漏抗倍

38、，故漏抗應增加到應增加到k2倍。倍。2222222xkxIIx4、二次電壓的折算值、二次電壓的折算值U2222222222222)(/kUIZEkkIZkkEIZEUl物理意義：當用當用N 2替代了替代了N2，其匝數(shù)增加到，其匝數(shù)增加到k倍。而主磁通倍。而主磁通 m及頻率及頻率f均保持不變，折算均保持不變，折算后的二次電壓應增加后的二次電壓應增加k倍倍5、負載阻抗的折算值、負載阻抗的折算值ZLLLZkkIkUIUZ22222/l物理意義：繞組的阻抗和繞組的匝數(shù)平方成正比。由于歸算后次級匝數(shù)增加了k倍，故漏阻抗應增加到k2倍。折算后變壓器負載運行時的折算后變壓器負載運行時的基本方程式基本方程式二

39、、等效電路二、等效電路1、“T”形等效電路形等效電路2、“”形等形等效電路效電路變壓器近似等效電路變壓器近似等效電路l把勵磁支路移至端點處。把勵磁支路移至端點處。計算時引起的誤差不大：變壓器的勵磁電流(即空載電流)為額定電流的2-10，（大型變壓器不到1）。近似等效電路可用于分析計算變壓器負近似等效電路可用于分析計算變壓器負載運行的某些問題，如二次側電壓變化載運行的某些問題，如二次側電壓變化并聯(lián)運行的負載分配等并聯(lián)運行的負載分配等3、簡化等效、簡化等效電路電路短路電阻短路電阻RS=R1+R2短路電抗短路電抗XS=X1+X2短路阻抗短路阻抗ZS=RS+jXS結論結論：1、短路阻抗等于一、二次漏、

40、短路阻抗等于一、二次漏阻抗之和，阻抗之和，ZS很小，且為常數(shù)很小，且為常數(shù)2、當變壓器穩(wěn)定短路時，短、當變壓器穩(wěn)定短路時，短路電流路電流IS=U1/ZS=（1020）IN3、ZS起限制直到限制短路電起限制直到限制短路電流的作用流的作用略去勵滋電流略去勵滋電流（支路）（支路）常用于定性分析常用于定性分析三、負載時的三、負載時的相量圖相量圖圖圖3.3.6 感性負載時變壓器的相量圖感性負載時變壓器的相量圖作業(yè)作業(yè)P121 3.15 3.16本節(jié)知識點本節(jié)知識點1、負載運行時各參數(shù)的物理意義及特點、負載運行時各參數(shù)的物理意義及特點2、基本方程式、基本方程式3.4.1 空載試驗 求取 Rm、Xm、I0、

41、P0（PFe） 、k 3.4.2 短路試驗 求取 RK、XK、UK、pcu 3.4 變壓器參數(shù)的變壓器參數(shù)的測定測定參數(shù)確定方法參數(shù)確定方法：1、計算法設計時采用2、試驗法空載、短路試驗（已制造好的變壓器）3.4.1 空載試驗空載試驗 一般在一般在低壓側低壓側做（安做（安全，便于計量全，便于計量） 試驗可在高壓側測量也可在低壓側測量，視實際測量方便而定。如令高壓側開路，在低壓側如令高壓側開路，在低壓側進行測量，測得的數(shù)據(jù)是低壓側的值，計算的進行測量，測得的數(shù)據(jù)是低壓側的值，計算的勵磁阻抗也是勵磁阻抗也是歸算至歸算至低壓側的值低壓側的值。 空載特性曲線空載特性曲線 P0（I0）=f(U1)l通過

42、調壓器給變壓器供電，通過調壓器給變壓器供電，調壓器輸出電壓調壓器輸出電壓U1, 從從1.2UN到到0.3UN取取8-9點，每點均測點，每點均測出出P0、I0、U20 ， 可得空載可得空載特性曲線特性曲線l空載試驗時電壓較高，電流空載試驗時電壓較高，電流較小故電流要精確測量，接較小故電流要精確測量，接線圖中電流表中流過的電流線圖中電流表中流過的電流為實際空載電流為實際空載電流空載試驗參數(shù)空載試驗參數(shù)計算計算l勵磁參數(shù)值（勵磁參數(shù)值（Zm)和鐵損和鐵損PFe（P0）均隨磁路飽和程度而變化均隨磁路飽和程度而變化。為反映變壓器運行時的磁路飽和情況，空載試驗時應調整外施電壓等于額定電壓。l令U1為外施每

43、相電壓，I0為每相電流，P0為每相輸入功率即等于每相的空載損耗P0。(三相變壓器必須用每一相值計算，K值用相電壓之比） 勵磁參數(shù)如折算到高壓側，則乘K2即可FeNPPIII）U）Uk、0100120%100%(低壓高壓低壓側一樣高mRmZXmIPRmIUZm2202000低壓側l短路試驗應降低電壓進行短路試驗應降低電壓進行?？刂贫搪冯娏鞑怀^額定值。l短路試驗可以在高壓側測量而把低壓側短路，也可在低壓側測量而把高壓側短路。二者測得的數(shù)二者測得的數(shù)值不同，用標么值計算則相同值不同，用標么值計算則相同。3.4.2 短路試驗短路試驗 一般在一般在高壓側高壓側做（安全，方便做（安全，方便）短路特性曲線短路特性曲線 PS(IS)=f(US)l試驗開始時應注意調壓器輸出應調到零，然后從0開始，慢慢調節(jié)，并監(jiān)視電流表，使短路電流IS1.3I1N時停止升壓，防止過大電流產生，對變壓器不利。l記錄數(shù)據(jù)US ，IS，從1.3I1N到0.5I1N測56點。由于US低，鐵心中低，故PS中所含鐵損耗較小，可忽略鐵耗，故PS中只含銅耗。lUS、IS、PS分別表示每相值。(三相