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1、第 2 章 变 压 器,2.1 变压器的工作原理,2.2 变压器的基本结构,2.3 变压器的运行分析,2.4 变压器的参数测定,2.5 变压器的运行特性,2.6 三相变压器的联结组,2.7 三相变压器的并联运行,2.8 自耦变压器,2.9 三绕组变压器,2.10 仪用互感器,第 2 章 变 压 器,2.1 变压器的工作原理,2.2 变压器的基本结构,2.3 变压器的运行分析,2.4 变压器的参数测定,2.5 变压器的运行特性,2.6 三相变压器的联结组,2.7 三相变压器的并联运行,2.8 自耦变压器,2.9 三绕组变压器,2.10 仪用互感器,返回主页,电机与拖动,2.1 变压器的工作原理,
2、1. 单相变压器, u2,一次绕组,二次绕组,施加：u1i1 N1 i1,1,e1,e1e2,u2i2,N2 i2,2,e 2,L1 L2,第 2 章 变压器,(1) 电压变换,一次侧电路, R1 ：一次绕组电阻。 X1 ：一次绕组漏电抗。 Z1 ：一次绕组漏阻抗。忽略 Z1 ，则,2.1 变压器的工作原理,二次侧电路,R2、X2、Z2 ：二次绕组的电阻、漏电抗、漏阻抗。忽略 Z2 ，则,一、二次绕组的电动势之比称为电压比,忽略 Z1 和 Z2,2.1 变压器的工作原理,(2) 电流变换,i2 的大小由什么决定？ i1 的大小由什么决定？ I2 由 |ZL | 决定； I1 取决于 I2 。
3、I1 随 I2 变化的原因： 能量守恒。 从电磁关系分析:,N1i1N2i2,N1i0 ,磁通势平衡方程：,当：I2 = I2N ，I1 = I1N（满载）在满载或接近满载时， I0 可忽略不计。,2.1 变压器的工作原理,大小关系：,相位关系：,I2 具有去磁性质： I2 削弱m m 不变 I1 增加 以维持m 不变。 因此 I2I1 。,电流变换。,2.1 变压器的工作原理,(3) 阻抗变换,忽略 Z1、Z2 、 I0 ，则,| Ze | =,| Ze | = k2 | ZL |,等 效,2.1 变压器的工作原理,【例 2.1.1】 某半导体收音机的输出需接一只电阻为 800 的扬声器（喇
4、叭），而目前市场上供应的扬声器电阻只有 8 。问利用电压比为多少的变压器才能实现这一阻抗匹配？,解：,2.1 变压器的工作原理,2. 三相变压器,(1) 三相变压器的种类 三相组式变压器、三相心式变压器。 三相组式变压器特点：三相之间只有电的联系，没有磁的联系。,2.1 变压器的工作原理, 三相心式变压器 特点：三相之间既有电的联系，又有磁的联系。,2.1 变压器的工作原理,联结方式 高压绕组 低压绕组 星形有中性线 YN yn 星形无中性线 Y y 三角形 D dGB: Y,yn、Y,d、YN,d、Y,y、YN,y,(2) 三相绕组的联结方式,最常用的三种,2.1 变压器的工作原理,【例 2
5、.1.2】 某三相变压器，Y,d 联结。向某对称三相负载供电。已知一次绕组的线电压 U1L = 66 kV，线电流 I1L= 15.76 A；二次绕组的线电压 U2L = 10 kV，线电流 I2L= 104 A。负载的功率因数 2 = cos2 = 0.8。求该变压器一、二次绕组的相电压和相电流以及变压器输出的视在功率、有功功率和无功功率。,解：(1) 一次绕组的相电压和相电流,I1P = I1L= 15.76 A,(2) 二次绕组的相电压和相电流 U1P = U1L= 10 kV,2.1 变压器的工作原理,(3) 输出的视在功率、有功功率和无功功率,= 1.73210104 kVA = 1
6、 800 kVA,= 1.732101040.8 kW = 1 441 kW,= 1.732101040.6 kvar = 1 080.8 kvar,2.1 变压器的工作原理,2.2 变压器的基本结构,1. 主要部件,(1) 铁心 由硅钢片叠成或非晶合金制成。,奇数层,偶数层,(2) 绕组 用绝缘圆导线或扁导线绕成。(3) 其他 外壳、油箱、油、油枕、绝缘导管等。,第 2 章 变压器,(1) 按用途分类 电力变压器、电炉变压器、整流变压器、仪用变压器等。(2) 按相数分类 单相变压器、多相变压器。(3) 按每相绕组的个数分类 双绕组变压器、三绕组变压器、 多绕组变压器、自耦变压器等。(4) 按
7、冷却方式分类 干式、油浸式。(5) 按结构形式分类： 心式变压器和壳式变压器。,2. 主要种类,2.2 变压器的基本结构,心式变压器,低压绕组,高压绕组,2.2 变压器的基本结构,(b) 单相心式变压器示意图,2.2 变压器的基本结构,铁轭,铁轭,壳式变压器,2.2 变压器的基本结构,单相壳式变压器,更多的图片,2.2 变压器的基本结构,三相油浸式电力变压器,2.2 变压器的基本结构,S9 型配电变压器（10 kV）,更多的图片,2.2 变压器的基本结构,大型油浸电力变压器,更多的图片,2.2 变压器的基本结构,大型油浸电力变压器,更多的图片,2.2 变压器的基本结构,干式变压器,更多的图片,
8、3. 额定值,(1) 额定电压 U1N / U2N 指空载电压的额定值。 即当 U1 = U1N 时, U20 = U2N 如铭牌上标注: 电压 10 000 / 230 V 三相变压器是指线电压。(2) 额定电流 I1N / I2N 指满载电流值，即长期工作所允许的最大电流。 三相变压器是指线电流。,2.2 变压器的基本结构,指视在功率的额定值。 单相变压器： SN = U2N I2N = U1N I1N 三相变压器：,(3) 额定功率（额定容量） SN,(4) 额定频率 fN 一般： fN = 50Hz（工频）,2.2 变压器的基本结构,【例 2.2.1】 某三相变压器，YN,d 联结，容
9、量SN = 500 kVA ，额定电压 U1N / U2N = 35/11 kV。求该变压器在额定状态下运行时，高、低压绕组的线电流和相电流。,解：(1) 高压绕组的额定线电流,因高压绕组为 Y 形联结，额定相电流为 I1NP = I1NL = 8.25 A,2.2 变压器的基本结构,(2) 低压绕组额定线电流,因低压绕组为形联结，额定相电流为,2.2 变压器的基本结构,2.3 变压器的运行分析,1. 等效电路,空载时 对电路的作用: 产生感应电动势，形成绕组电感。 因为m常数，可用一个等效的线性电感 L 来代替，即,第 2 章 变压器,励磁电抗： Xm =L, 产生铁损耗 该损耗可以用等效电
10、阻 Rm 来代替，即 励磁电阻：,励磁阻抗： Zm = Rm + j Xm励磁电抗：,2.3 变压器的运行分析,(2) 二次绕组的折算, 折算条件 N2I2 不变、P2 不变。 用一个匝数为 N1 的假想绕组代替 N2， 使, 折算后的二次绕组电流 N1I2 = N2I2,2.3 变压器的运行分析, 折算后的二次绕组电动势和电压,匝数相同,输出视在功率不变 U2I2 = U2 I2,= kU2,2.3 变压器的运行分析, 折算后二次绕组的阻抗,有功功率不变,R2 I22 = R2 I22,= k2 R2,无功功率不变,X2I22 = X2 I22,= k2 X2,因而,Z2 = k2 Z2ZL
11、 = k2 ZL,折算实质上是在功率和磁通势保持不变的条件下，对绕组的电压、电流所进行的一种线性变换。,2.3 变压器的运行分析,(3) T 型等效电路,2.3 变压器的运行分析,(4) 简化等效电路,该电路用于满载 或接近满载运行 时的分析、计算。 短路电阻： RS = R1 + R2 短路电抗： XS = X1 + X2 短路阻抗： ZS = RS + j XS,I0 很小，I1 I2,2.3 变压器的运行分析,【例 2.3.1】 一台单相变压器，U1N /U2N = 380/190 V，Z1 = ( 0.4j0.8 ) ，Z2 = ( 0.15j0.3 ) ，Zm = ( 600j1 2
12、00 ) ，ZL = ( 7.5j4.75 ) ，当一次绕组加上额定电压 380 V 时，试分别用T 型等效电路和简化等效电路求负载电流和电压的实际值。,解：(1) 用T 型等效电路,Z2 = k2Z2 = 22 (0.15j0.3) = (0.6j1.2) ZL = k2ZL = 22 (7.5j4.75) = (30j19) ,2.3 变压器的运行分析,电路总阻抗,2.3 变压器的运行分析,I2 = kI2 = 210.27 A = 20.54 A,U2 = |ZL| I2,(2) 用简化等效电路 ZS = Z1Z2 = (1.0j2.0) ,= 182.35 V,I2 = kI2 = 2
13、10.15 A = 20.3 AU2 = |ZL| I2 = 180.22 V,2.3 变压器的运行分析,2. 基本方程式,2.3 变压器的运行分析,3. 相量图,电感性负载,2.3 变压器的运行分析,2.3 变压器的运行分析,2.4 变压器的参数测定,1. 空载试验 测量: k、PFe、Zm,实验数据： U1N、I0、P0、U20。,(1) 铁损耗 P0 = PFePCu = RmI02R1I02 PFeP0 (2) 励磁阻抗模 |Zm | Z1+Zm |,第 2 章 变压器,(3) 励磁电阻,RmR1Rm,(4) 励磁电抗,(5) 电压比,(6) 折算 对于降压变压器，Rm 、Xm 和 Z
14、m 需要折算。 实际值为,2.4 变压器的参数测定,2. 短路试验,测量：PCu、短路参数。,实验方法： 逐渐增加 U1 ，使电流达到额定值：I1 = I1N 。,U1 = (5%10%)U1N,实验数据： US = U1、IS = I1N 、PS 。(1) 铜损耗 PCu PFe + PCu = PS(2) 短路阻抗模,2.4 变压器的参数测定,(3) 短路电阻,(4) 短路电抗,(5) 阻抗电压,US = | ZS | I1N,铭牌上的标注方法：用百分数表示:,用标幺值表示:,电压、电流与阻抗（电阻和电抗）的基值: U1N 、 I1N 、 U2N 、 I2N 、,2.4 变压器的参数测定,
15、阻抗电压的标么值：, 用短路阻抗模的标幺值表示:,= |ZS|*, 中、小型电力变压器： |ZS|* = 0.04 0.105 大型电力变压器： |ZS|* = 0.125 0.175(6) 温度折算 正常工作温度取：75,铜线：,铝线：,2.4 变压器的参数测定,三相变压器的空载实验和短路试验,2.4 变压器的参数测定,求折算至高压侧的 |Zm|、Rm、Xm 和 |ZS| 、RS、XS。 解： (1) 由空载试验求得,【例2.4.1】 一台三相变压器， SN = 1 000 kVA， U1N / U2N = 10 000/231 V，I1N / I2N = 43.3 / 1 874 A。Y,
16、d 联结。室温为 20o C，绕组为铜线，试验数据如下表：,2.4 变压器的参数测定,= 3.83 ,折算至高压侧 Zm = 2523.85 = 2 406 Rm = 2520.35 = 219 Xm = 2523.83 = 2 394 (2) 由短路试验求得,2.4 变压器的参数测定,= 5.54 ,折算至75,XS = 5.54 ,2.4 变压器的参数测定,2.5 变压器的运行特性,运行特性：外特性、效率特性。1. 外特性和电压调整率 当 U1、cos2 为常数时 U2 = f ( I2), 外特性。,(1) 电压调整率的定义,VR 5%, 电力变压器的高压绕组均有 5% 的抽头。,第 2
17、 章 变压器,(2) 折算至一次侧的公式,(3) 利用短路参数的公式,2.5 变压器的运行特性,2. 效率特性(1) 功率电源输入变压器的有功功率 P1 = U1I1cos1变压器输出的有功功率 P2 = U2I2cos2损耗 P1P2 = PCuPFe 铜损耗 PCu = R1I12R2I22 = R1I12R2I22（用 T 型等效电路）,2.5 变压器的运行特性,I1 = I1N 时 的短路损耗,PCu = RS I12 = RS I22 （用简化等效电路） = 2 PS （用短路试验）,式中:, 负载系数。,由于: PCu I 2, 可变损耗。, 铁损耗 PFe = Rm I02 （用
18、 T 型等效电路） = P0（用空载试验） 由于 PFe m、f 等，,当 U1、f 均不变时，,PFe 不变（与 I2 大小无关） 不变损耗。,2.5 变压器的运行特性,(2) 效率,因 VR 不大，则若忽略 VR ，则 U2 = U2N P2 = U2I2cos2 = U2NI2cos2,= SN cos2 = SN 2,2.5 变压器的运行特性,当 U1= U1N、cos2 为常数时： = f ( I2) 或： = f (),(3) 效率特性,求得 P0= 2 PS即 PCu= PFe 时 = max, 效率特性。,令, 小型电力变压器:N = 80% 90% 大型电力变压器:N = 9
19、8% 99%,2.5 变压器的运行特性,2.6 三相变压器的联结组,联结组：联结方式 + 联结组号。 联结组号：要表示出高、低压绕组线电动势之间的相位差。1. 联结组的表示方式(1) 相电动势的相位关系,相位关系:,第 2 章 变压器,(2) 三相变压器的联结组,时钟表示法：高压绕组的线电动势 (任取一个)作分针，指向12点；低压绕组对应的线电动势作时针，它们所确定的钟点数即为联结组号。2. 联结组判断方法(1) 由联结图确定联结方式。(2) 在联结图上标出高、低压绕组的线电动势和相 电动势。(3) 画出高压绕组的电动势相量图。 星形联结时相电动势画成 Y 形，三角形联结时相电动势画成 形。,
20、2.6 三相变压器的联结组,(4) 画出低压绕组的电动势相量图。,先画相电动势相量，再画线电动势相量。(5) 判断联结组号，写出联结组。 找出某个对应的高、低压绕组的线电动势 的相位差，确定钟点数。 典型的联结组：Y,yn0、Y,d11、YN,d11。 三角形联结的两种方式,顺接,逆接,2.6 三相变压器的联结组,判断按下图方式联结的三相变压器的联结组。,联结组: Y,yn6,2.6 三相变压器的联结组,判断按下图方式联结的三相变压器的联结组。,联结组号: D,d6,2.6 三相变压器的联结组,2.7 三相变压器的并联运行,负荷容量很大，一台变压器不能满足要求。 负荷变化较大，用多台变压器并联
21、运行可以随 时调节投入变压器的台数。 可以减少变压器的储备容量。,第 2 章 变压器,(1) 空载时各台变压器的 I2 = 0，即各台变压器之 间无环流。(2) 负载运行时，各台变压器分担的负载与它们 的容量成正比。(3) 各台变压器同一相上输出的电流同相位， 使得总输出电流： I2 = Ii 。2. 理想并联运行的条件(1) 电压比相等，以保证二次侧的空载电压相等。 规定：电压比之差0.5%(平均电压比)(2) 联结组相同，以保证二次侧空载电压相位相同。,1. 并联运行的理想状态,2.7 三相变压器的并联运行,(3) 短路阻抗标幺值相等。, 各台变压器承担的负载 与其短路阻抗模成反比。,2.
22、7 三相变压器的并联运行,希望,负载与容量成正比,即, 当 ZS 模的标幺值（或 US 的标幺值）相等时， 各台变压器承担的负载与其容量成正比。 当各台变压器的 ZS 的阻抗角相等时， 各台变压器的输出电流同相位。即当 S = S有 IL = ILIL S = SS如果：SS20，则可以不考虑相位。,2.7 三相变压器的并联运行,【例 2.7.1 】 两台电压比和联结组相同的变压器 并联运行。已知 SN= 100 kVA ，SN= 100 kVA， 试求当总负载为 200 kVA 时，两台变压器各自分担的负载是多少？为了不使两台变压器过载，最大负载应是多少？,解：(1),SS = SL = 2
23、00 kVA,S= 106 kVA， S = 94 kVA,(2) 应当使S= 100 kVA 则,= 89 kVA,SLmax = S+ S = 189 kVA,2.7 三相变压器的并联运行,2.8 自耦变压器,1. 自耦变压器的基本结构 只有一个绕组。,手柄,接线柱,第 2 章 变压器,更多的图片,2. 自耦变压器的工作原理,(1) 电压关系 忽略漏阻抗，则,2.8 自耦变压器,(2) 电流关系,忽略 I0，则,大小关系：,相位关系：,2.8 自耦变压器,在降压变压器中，k1，,I = I2I1,（ k 越接近 1，I 越小）,在升压变压器中， k1，,I = I1I2,（ k 越接近 1
24、，I 越小）,(3) 功率关系 变压器容量,SN = U2NI2N = U1NI1N,S2 = U2I2,对于降压变压器，输出视在功率,= U2 ( I1I )= U2I1U2I= StSi,2.8 自耦变压器,对于升压变压器，输入视在功率,S1 = U1I1,= U1 ( I2I )= U1I2U1I= StSi,降压变压器 升压变压器 传导功率 St感应功率 Si,U2I1 U1I2U2I U1I,在 SN 一定时， k 越接近 1，Si 越小， St 所占 比例越大，经济效果越显著。,2.8 自耦变压器,2.9 三绕组变压器,1. 结构 有三个绕组和三个电压等级。,第 2 章 变压器,2
25、. 工作原理,(1) 空载时，三个绕组的电压关系,2.9 三绕组变压器,(2) 负载时，用简化等效电路分析,将两个二次绕组折算至一次侧，则U2 = k12U2 ， U3 = k13U3,2.9 三绕组变压器,等效电抗 X1、X2、X3 与双绕组变压器不同：, 自漏磁通 互漏磁通 主磁通,等效电感与自感和互感的关系 L = L1L22M, 式中,Z1 = R1jX1 ，Z2 = R2jX2 ， Z3 = R3jX3,2.9 三绕组变压器,电压关系,磁通势平衡方程,折算后，由简化等效电路得,3. 容量 S1N = U1NI1N S2N = U2NI2N S3N = U3NI3N SN = maxS
26、1N，S2N，S3N 工作时，各绕组的视在功率均不得超过其自 身的容量。,2.9 三绕组变压器,2.10 仪用互感器,1. 电压互感器,= ku,国产互感器： U2N = 100 V 使用注意：二次绕组禁止短路。二次绕组与铁心必须接地。,空载运行的降压变压器。,第 2 章 变压器,电压互感器, E2,2. 电流互感器,N1很小。 短路运行的升压变压器。,= ki,国产互感器： I2N = 5 A 使用注意： 二次绕组禁止开路。 开路时：I2 = 0，I1 不变, , 一次绕组工作电压较高时， 二次绕组与铁心必须接地。,2.10 仪用互感器,树脂浇注干式变压器,第 2 章 变压器,更多的图片,特种变压器,第 2 章 变压器,更多的图片,隔离变压器,第 2 章 变压器,更多的图片,电源用变压器,单相变压器,第 2 章 变压器,更多的图片,练 习 题,2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.42.2.1 2.2.2 2.3.1 2.3.2 2.3.32.4.1 2.4.22.5.1 2.5.2 2.5.32.6.1 2.6.22.7.1 2.7.2 2.7.32.8.1 2.8.22.9.1 2.9.22.10.1* 以教师画勾的题为准。,第 2 章 变压器,下一章,
