東南大學電機學課件第二章變壓器的基本作用原理與理論分析

變壓器的基本作用原理

與理論分析變壓器的負載運行4

標幺值5參數(shù)的測定6變壓器的運行性能71變壓器的類別和結構2變壓器的發(fā)熱和冷卻3變壓器的空載運行變壓器的基本作用原理

與理論分析變壓器的負載運行411一、變壓器的類別和結構

一、變壓器的類別和結構2變壓器的主要類別一種靜止的電機將一種電壓的電能轉換為另一種電壓的電能。用途分類：電力變壓器，電力系統(tǒng)傳輸電能電爐變壓器，專給煉鋼爐供電整流變壓器，大型電解電鍍、直流電力機車供電儀用變壓器、控制變壓器無線電變壓器，僅傳輸信號。變壓器的主要類別一種靜止的電機3電力變壓器變壓器的總容量大致相當于發(fā)電機容量的三倍。輸電過程中，通常將電壓升高，通過高壓輸電線傳送到遠方的城市，經過降壓變壓器降為10kv電壓，再經過配電降壓變壓器分配給用戶。輸送同樣的功率，電壓低則電流大，一方面由于大電流在輸電線路上引起損耗，另一方面大電流在線路阻抗上產生大的壓降，受電端電壓很低，電能傳送不出去。只有高電壓能將電能輸送到遠方。配電變壓器電力變壓器變壓器的總容量大致相當于發(fā)電機容量的三倍。輸電過程4電力變壓器類別-變壓方式升壓變壓器——升高電壓的變壓器降壓變壓器——降低電壓的變壓器特殊變壓器，如試驗用高壓變壓器、電爐用變壓器、電焊用變壓器、晶閘管線路中的變壓器、用于測量儀表的電壓互感器和電流互感器等等電力變壓器類別-變壓方式升壓變壓器——升高電壓的變壓器5電力變壓器類別-線圈數(shù)目雙繞組變壓器，在鐵芯中有兩個繞組，一個為初級繞組，一個為次級繞組

自耦變壓器，初級、次級繞組合為一個

三繞組變壓器，三個繞組連接三種不同電壓的線路多繞組變壓器，如分裂變壓器電力變壓器類別-線圈數(shù)目雙繞組變壓器，在鐵芯中有兩個繞組，一6電力變壓器類別-冷卻方式油浸式變壓器——鐵芯和繞組都一起浸入灌滿了變壓器油的油箱中，可以加強絕緣和改善冷卻散熱條件干式變壓器，能滿足特殊要求，如安全電力變壓器類別-冷卻方式油浸式變壓器——鐵芯和繞組都一起浸入7電力變壓器類別-相數(shù)單相變壓器三相變壓器電力變壓器類別-相數(shù)單相變壓器8電力變壓器的基本結構鐵芯鐵芯帶有絕緣的繞組繞組變壓器油油油箱油箱絕緣套管套管電力變壓器的基本結構鐵芯鐵芯9鐵芯——變壓器的磁路電力變壓器的鐵心是由0.35mm厚的冷軋硅鋼片疊成。減少渦流損耗，提高導磁系數(shù)。鐵心柱鐵軛鐵芯——變壓器的磁路電力變壓器的鐵心是由0.35mm厚的冷軋10鐵芯的交疊裝配單相變壓器鐵心疊法，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——接逢處氣隙小可以避免渦流在鋼片之間流通鐵芯的交疊裝配單相變壓器鐵心疊法，偶數(shù)層剛好壓著奇數(shù)層的接縫11三相芯式變壓器的鐵心排列法，主要使疊縫相互交疊，從而減少磁路的磁阻三相芯式變壓器的鐵心排列法，主要使疊縫相互交疊，從而減少磁路12變壓器鐵心柱的橫切面返回變壓器鐵心柱的橫切面返回13繞組——變壓器的電路變壓器繞組一般為絕緣扁銅線或絕緣圓銅線在繞線模上繞制而成。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。按照繞組在鐵芯中的排列方法分類，變壓器可分為鐵芯式和鐵殼式兩類基本型式：同芯式，交疊式

繞組——變壓器的電路變壓器繞組一般為絕緣扁銅線或絕緣圓銅線在14單相芯式變壓器鐵心及繞組繞組同芯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，以便于絕緣。單相芯式變壓器鐵心及繞組繞組同芯套裝在變壓器鐵心柱上，低壓繞15鐵殼式變壓器

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，絕緣也比較困難通常應用于電壓很低而電流很大的特殊場合，例如，電爐用變壓器。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。鐵殼式變壓器變壓器的鐵芯柱在中間，鐵軛在兩旁環(huán)繞，且把繞組16繞組的基本型式同芯式——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

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返回繞組的基本型式同芯式——鐵芯式變壓器常用。高壓繞組和低壓繞組17變壓器油——冷卻、絕緣電力變壓器繞組與鐵心裝配完后用夾件緊固，形成變壓器的器芯。變壓器器芯裝在油箱內，油箱內充滿變壓器油。變壓器油是一種礦物油，具有很好的絕緣性能。變壓器油起兩個作用：

①絕緣：繞組與繞組、繞組與鐵心及油箱之間

②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變壓器油——冷卻、絕緣電力變壓器繞組與鐵心裝配完后用夾件緊固18油箱——

機械支撐、冷卻散熱、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?！粑Ｗo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。返回油箱——

機械支撐、冷卻散熱、變壓器運行時產生熱量，使變19絕緣套管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。在瓷套和導電桿間留有一道充油層——充油套管當電壓等級更高時，在瓷套內腔中常環(huán)繞著導電桿包上幾層絕緣紙簡，在每個絕緣紙簡上貼附有一層鋁箔，則沿著套管的徑向距離，絕緣層和鋁箔層構成串聯(lián)電容器，使資套與導電桿間的電場分布均勻套管外形常做成傘形，電壓愈高、級數(shù)愈多。返回絕緣套管絕緣套管由中心導電桿與瓷套組成。導電桿穿過變壓器油20變壓器的額定值額定容量SN——制造廠所規(guī)定的在額定條件下使用時輸出能力的保證值。單位為VA或kVA。對三相變壓器指三相的總容量。由于效率高，原、副方的額定容量設計得相等，與體積、用銅量有關。變壓器的額定值額定容量SN——制造廠所規(guī)定的在額定條件下使21額定電壓——由制造廠所規(guī)定的變壓器在空載時額定分接頭上的電壓保證值。單位為V或kV。當變壓器初級側在額定分接頭處接有額定電壓U1N，次級側空載電壓即為次級側額定電壓U2N。

對三相變壓器，銘牌上的額定電壓指線電壓額定電流——額定容量除以各繞組的額定電壓所計算出來的線電流值。單位用A或kA。電力變壓器的額定頻率是50Hz

變壓器的額定值額定電壓——由制造廠所規(guī)定的變壓器在空載時額定分接頭上的電壓22額定值的關系單相變壓器三相變壓器返回額定值的關系單相變壓器返回23二、變壓器的發(fā)熱和冷卻假定：鐵芯和各個繞組都是獨立的發(fā)熱單位。即認為鐵芯的發(fā)熱僅來源于鐵芯損耗，各繞組的發(fā)熱來源于各自的銅耗，它們相互間并沒有熱量交換。由于油的對流作用，油在受熱后將上升、而在冷卻后又將下降。油浸變壓器中，沿著油箱高度，上部的溫度要比下部的溫度略高二、變壓器的發(fā)熱和冷卻假定：鐵芯和各個繞組都是獨立的發(fā)熱單24東南大學電機學課件第二章變壓器的基本作用原理與理論分析25油浸變壓器的繞組均用A級絕緣。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升繞組最高允許溫度為105℃油浸變壓器的繞組均用A級絕緣。根據(jù)我國的氣候情況，國家標準規(guī)26變壓器的冷卻常用冷卻介質——油（油浸式）、空氣（干式）冷卻方式——油浸自冷式；油浸風冷式(人工通風)；強制油循環(huán)冷卻式

油箱形式平滑油箱：50kVA波形油箱管形油箱：~200kVA散熱器油箱：2500—6300kVA返回變壓器的冷卻常用冷卻介質——油（油浸式）、空氣（干式）返回27作業(yè)2-12-2講解星形，三角形連接作業(yè)2-1講解星形，三角形連接28變壓器電路理論及其運行特性版權所有，2000?SoutheastUniversityElectricalEngineeringDepartment.變壓器電路理論及其運行特性版權所有，2000?Sout29三、空載運行

空載指一側繞組接到電源（初級1），另一側繞組（次級2）開路。1電磁物理現(xiàn)象2 感應電動勢3 電壓變比4 激磁電流5勵磁特性的電路模型6漏抗7電路方程等效電路相量圖三、空載運行 空載指一側繞組接到電源（初級1），另一側繞組301、電磁物理現(xiàn)象空載電流i0，i1＝i0。全部用以激磁——激磁電流im，i0＝im激磁電流產生激磁磁勢imN1，建立交變磁場1、電磁物理現(xiàn)象空載電流i0，i1＝i0。全部用以激磁——激31空載運行：原邊接額定電壓u1n的電源，副邊開路原邊繞組電流i0為空載電流，產生空載勵磁磁勢F0=I0×N1,F0產生磁通磁通分為兩部分

主磁通Φ流徑閉合鐵心，磁阻小，同時匝鏈了原邊和副邊繞組,并感應出電勢e1和e2。是變壓器傳遞能量的主要媒介

原邊繞組漏磁通Ф1σ，僅與原邊繞組匝鏈，通過變壓器油或空氣形成閉路，磁阻大，不傳遞功率變壓器鐵心由高導磁材料硅鋼片制成（導磁系數(shù)μr>2000)，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?？蛰d運行：原邊接額定電壓u1n的電源，副邊開路32磁場的磁通分為主磁通和漏磁通兩部分①磁路不同，因而磁阻不同。 主磁通同時交鏈初級、次級繞組，又稱為互磁通，路徑為沿鐵芯而閉合的磁路，磁阻較小。 漏磁通1只交鏈初級繞組，稱初級側漏磁通，它所行經的路徑大部分為非磁性物質，磁阻較大。②功能不同。主磁通通過互感作用傳遞功率，漏磁通不傳遞功率。磁場的磁通分為主磁通和漏磁通兩部分33磁場的磁通與1都是交變磁通在繞組中感應交變電勢

磁場的磁通與1都是交變磁通342、感應電勢箭頭方向表示正方向規(guī)定電流的正方向與該電流所產生的磁通正方向符合“右手螺旋”定則，規(guī)定磁通的正方向與其感應電勢的正方向符合“右手螺旋”定則。電流正方向與電勢正方向一致。2、感應電勢箭頭方向表示正方向35方向規(guī)定：電壓u1與電流i0同方向，磁通正方向與電流正方向符合右手螺旋定則，e的正方向與電流同方向。這樣e1=－N1dФ/dt成立。例如正在增加，dФ/dt為正，e1＝－N1dФ/dt＜0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Ф′，與Ф方向相反，起阻止Ф增加的作用，即符合楞次定律。

方向規(guī)定：電壓u1與電流i0同方向，磁通正方向與電流正方向符36磁通，電勢，電壓的關系公式推導圖2-8磁通，電勢，電壓的關系公式推導圖2-837變比——初級電壓與次級空載時端點電壓之比。電壓變比k

決定于初級、次級繞組匝數(shù)比。略去電阻壓降和漏磁電勢

3、電壓變比變比——初級電壓與次級空載時端點電壓之比。3、電壓變比384、激磁電流的三個分量忽略電阻壓降和漏磁電勢，則U1＝E1＝4.44fN1m。m∝U1即：當外施電壓U1為定值，主磁通m也為一定值問題：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激磁電流呢?激磁電流包括哪些成分呢?答：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，激磁電流的大小和波形將受磁路飽和、磁滯及渦流的影響。4、激磁電流的三個分量忽略電阻壓降和漏磁電勢，則U1＝E1＝39(一)磁路飽和影響當Bm＜0.8T，磁路末飽和狀態(tài)、磁化曲線＝f(i)呈線性，導磁率是常數(shù)。當按正弦變化，i亦按正弦變化。(一)磁路飽和影響當Bm＜0.8T，磁路末飽和狀態(tài)、磁化曲線40磁路飽和影響如Bm＞0.8T，磁路開始飽和，＝f(i)呈非線性，隨i增大導磁率逐漸變小。磁通為正弦波，i為尖頂波，尖頂?shù)拇笮∪Q于飽和程度。對尖頂波進行波形分析，除基波分量外，包含有各奇次諧波。其中以3次諧波幅值最大。用等效正弦波電流替代實際尖頂波電流。等效原則：令等效正弦波與尖頂波有相同的有效值，與尖頂波的基波分量有相同頻率且同相位。磁路飽和影響如Bm＞0.8T，磁路開始飽和，＝f(i)呈非41磁路飽和影響磁化電流I，I與m同相位。I滯后于-E190，I具有無功電流性質，它是激磁電流的主要成分。磁路飽和影響磁化電流I，I與m同相位。42(二)磁滯現(xiàn)象的影響激磁電流是不對稱尖頂波，把它分解成兩個分量。（1）對稱的尖頂波，它是磁路飽和所引起的，即磁化電流分量i。（2）近似正弦波，電流分量ih，頻率為基波頻率，磁滯電流分量，Ih與-E1同相位，是有功分量電流。(二)磁滯現(xiàn)象的影響激磁電流是不對稱尖頂波，把它分解成兩個分43磁滯現(xiàn)象的影響磁滯現(xiàn)象的影響44(三)渦流對激磁電流的影響交變磁通在鐵芯中感應電勢，在鐵芯中產生渦流及渦流損耗。渦流電流分量Ie由渦流引起的，與渦流損耗對應，Ie與-E1同相位。由于磁路飽和、磁滯和渦流三者同時存在，激磁電流實際包含I、Ih和Ie三個分量；又由于Ih和Ie同相位，合并稱為鐵耗電流分量，用IFe表示。(三)渦流對激磁電流的影響交變磁通在鐵芯中感應電勢，在鐵芯中45空載時激磁電流Iu——磁化電流，無功性質，為主要分量Ife——鐵耗電流，有功性質，產生磁滯（Ih）和渦流損耗（Ie）空載時激磁電流Iu——磁化電流，無功性質，為主要分量465、激磁特性的電路模型Xm是主磁通Φ引起的電抗，為勵磁電抗5、激磁特性的電路模型Xm是主磁通Φ引起的電抗，為勵磁電抗476、漏抗描述漏磁電勢的電路參數(shù)。由于漏磁通所經路徑主要為非磁性物質（空氣），磁阻為常數(shù)。即漏磁通與產生該漏磁通的電流成正比且同相位，漏電感亦為常數(shù)。6、漏抗描述漏磁電勢的電路參數(shù)。由于漏磁通所經路徑主要為非磁487、空載電路方程7、空載電路方程49等效電路rm+jXm上的壓降表示主磁通對變壓器的作用（隨外施電壓的增加而減小——由于飽和影響）X1表示漏磁通對電路的影響，近似為常數(shù)等效電路rm+jXm上的壓降表示主磁通對變壓器的作用50相量圖U2（參考方向）、E2E1與U2方向一致Φm超前E190度Im超前Φm一個角度U1相量圖U2（參考方向）、E251作業(yè)2-32-4重點理解各參數(shù)的物理意義及相互間關系返回作業(yè)2-3返回52四 變壓器負載運行 負載運行是指一側繞組接電源，另一側繞組接負載運行。1負載時的電磁物理過程2基本方程式3歸算4歸算后的分析返回四 變壓器負載運行 負載運行是指一側繞組接電源，另一側繞組531、負載時的電磁物理現(xiàn)象變壓器的初級、次級繞組沒有電的聯(lián)系，功率傳遞依靠互感。在功率傳遞過程中應滿足能量守恒，在電路上需滿足電壓平衡、磁路上需滿足磁勢平衡。mN1N2Next1、負載時的電磁物理現(xiàn)象變壓器的初級、次級繞組沒有電的聯(lián)系，54次級電流的影響次級電流的存在、建立起次級磁勢，它也作用在鐵芯磁路上。改變了原有的磁勢平衡狀態(tài)，迫使主磁通變化，導致電勢也隨之改變。電勢的改變又破壞已建立的電壓平衡，迫使原電流隨之改變，直到電路和磁路又達到新的平衡為止。（磁勢平衡式）負載時作用在主磁路上的全部磁勢應等于產生磁通所需的激磁磁勢。次級電流的影響次級電流的存在、建立起次級磁勢，它也作用在鐵芯55初級、次級電流間的約束關系表明當有負載電流時。初級電流I1應包含有二個分量。其中Im用以激勵主磁通。I1L所產生負載分量磁勢I1LN1，用以抵消次級磁勢I2N2對主磁路的影響。激磁電流的值決定于主磁通

m，即決定于E1。u1≈E1=4.44fN1Φm初級、次級電流間的約束關系表明當有負載電流時。初級電流I1應56電磁現(xiàn)象返回電磁現(xiàn)象返回572、基本方程式返回2、基本方程式返回583、歸算繞組歸算——用一假想的繞組替代其中一個繞組使成為k＝1的變壓器。歸算量在原符號加上標號區(qū)別，歸算后的值稱為歸算值或折算值。原則：歸算不改變實際變壓器內部的電磁平衡關系3、歸算繞組歸算——用一假想的繞組替代其中一個繞組使成為k＝59歸算方法一次級側歸算到初級側保持初級繞組匝數(shù)N1不變．設想有一個匝數(shù)為N2=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：k＝N1/N2＝1。歸算方法一次級側歸算到初級側60歸算方法二初級側歸算到次級側保持次級繞組匝數(shù)N2不變，設想有一個匝數(shù)為N1＝N2的初級繞組，用它來取代初級有匝數(shù)為N1的初級繞組。k＝N1/N2＝1歸算方法二初級側歸算到次級側61一)次級電流的歸算值物理意義：當用N2＝N1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1／k倍。歸算前后磁勢應保持不變一)次級電流的歸算值歸算前后磁勢應保持不變62二)次級電勢的歸算值歸算前后次級邊電磁功率應不變

E2I2＝E2I2 物理意義：當用N2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，歸算后的次級電勢應增加k倍。二)次級電勢的歸算值歸算前后次級邊電磁功率應不變63三)電阻的歸算值歸算前后銅耗應保持不變物理意義：當用N2替代N2后，匝數(shù)增加到k倍，次級繞組長度增加到k倍；次級電流減到為原來的l/k倍，歸算后的次級繞組截面積應減到原來的l／k倍，故歸算后的次級電阻應增加到原來的k2倍。（繞組本身沒有變化）三)電阻的歸算值歸算前后銅耗應保持不變64四)漏抗的歸算值歸算前后次級漏磁無功損耗應保持不變物理意義：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k倍，故漏抗應增加到k2倍。返回四)漏抗的歸算值歸算前后次級漏磁無功損耗應保持不變返回654、歸算后的基本方程4、歸算后的基本方程66歸算后的T形等效電路歸算后的T形等效電路67相量圖注意：相量圖的作法必須與方程式的寫法一致，而方程式的寫法又必須與所規(guī)定的正方向一致。變壓器的相量圖包括三個部分：①次級側電壓相量圖；②電流相量圖或磁勢平衡相量圖；③初級側電壓相量圖。相量圖注意：相量圖的作法必須與方程式的寫法一致，而方程式的寫68相量圖——作圖步驟首先選定一個參考相量、且只能有一個參考相量。常以U2為參考相量，根據(jù)給定的負載畫出負載電流相量I2。根據(jù)次級側電壓平衡式E2＝U2+I2Z2可畫出相量E2，由于E1＝E2，因此也可畫出相量E1。主磁通m應超前E190，激磁電流又超前m一鐵耗角。由磁勢平衡式I1=Im+(-I2)求得I1。由初級側電壓平衡式U1=-E2+I1Z1求得I1。相量圖——作圖步驟首先選定一個參考相量、且只能有一個參考相量69變壓器的實用相量圖變壓器的實用相量圖70近似等效電路把激磁支路移至端點處。計算時引起的誤差不大：變壓器的激磁電流(即空載電流)為額定電流的3％-8％，（大型變壓器不到1％）。近似等效電路把激磁支路移至端點處。計算時引起的誤差不大：變壓71簡化等效電路略去激滋電流（支路）常用于定性分析注意簡化的近似假設返回簡化等效電路略去激滋電流（支路）常用于定性分析注意簡化的近似72五、 標么值對各個物理量選一個固定的數(shù)值作為基值，取實際值與基值之比稱為該物理量的標么值 標么值用下標“*”基值（采用下標“b”）

電壓基值——額定電壓 U1b=U1N,U2b=U2N電流基值——額定電流I1b=I1N,I2b=I2N功率基值——額定容量Sb＝SN阻抗基值——額定電壓與額定電流之商初級、次級側各物理量應采用不同基值標幺值=實際值/基值五、 標么值對各個物理量選一個固定的數(shù)值作為基值，取實際值與73標么值的優(yōu)點1．計算方便，容易判斷計算錯誤因為取額定值作為基值，當實際電壓為額定電壓和實際電流為額定電流時，用標么值計算就作為1。2．采用標么值計算同時也起到了歸算作用這是由于初級、次級側分別采用了不同基值，且已包含有變比關系。3．采用標么值更能說明問題標幺值=實際值/基值返回標么值的優(yōu)點1．計算方便，容易判斷計算錯誤標幺值=實際值/基74六、參數(shù)測定方法空載試驗 測定激磁電阻rm和激磁電抗xm短路試驗 計算參數(shù)rk和xk六、參數(shù)測定方法空載試驗75空載試驗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，在低壓側進行測量，測得的數(shù)據(jù)是低壓側的值，計算的激磁阻抗也是歸算至低壓側的值。

空載試驗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76空載特性曲線u0=f(I0)

通過調壓器給變壓器供電，調壓器輸出電壓U10,從1.2UN到0.3UN取8--9點，每點均測出P0，I0，U20空載試驗時電壓較高，電流較小故電流要精確測量，電流表及功率表電流接線圖中流過的電流為實際空載電流空載特性曲線u0=f(I0)

通過調壓器給變壓器供電，調壓器77空載試驗參數(shù)計算激磁參數(shù)值隨飽和而變化。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。令U0為外施每相電壓，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?？蛰d試驗參數(shù)計算激磁參數(shù)值隨飽和而變化。為反映變壓器運行時的78短路試驗短路試驗應降低電壓進行?？刂贫搪冯娏鞑怀^額定值。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)值不同，用標么值計算則相同。短路試驗短路試驗應降低電壓進行。控制短路電流不超過額定值。79短路特性曲線uk=f(Ik)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Ik≈1.25IN時停止升壓，防止過大電流產生，對變壓器不利。記錄數(shù)據(jù)Uk，Ik，從1.25IN到0.5IN測5∽6點。由于Uk低，鐵心中Ф低，故Pk中所含鐵耗較小，可忽略鐵耗，故Pk中只含銅耗。短路特性曲線uk=f(Ik)試驗開始時應注意調壓器輸出應調到80短路試驗參數(shù)計算Uk表示每相電壓，Ik表示每相電流，Pk表示每相輸入功率即等于每相短路損耗pk電阻隨溫度而變化，如短路試驗時的室溫為(℃)，按標準規(guī)定應換算到標準溫度75℃時的值。短路試驗參數(shù)計算Uk表示每相電壓，Ik表示每相電流，Pk表示81短路電壓百分數(shù)短路試驗時，使短路電流恰為額定電流的外施電壓uk，稱為ukN。以額定電壓百分數(shù)表示，稱為短路電壓百分數(shù)短路電壓百分數(shù)去掉100％符號，就是短路電壓標么值uk不能太小，也不能太大。uk太大時，變壓器空載時電壓高，負載時電壓壓降較多。uk太小時，變壓器接額定電壓短路時電流太大。短路電壓百分數(shù)短路試驗時，使短路電流恰為額定電流的外施電壓u82短路電壓的有功與無功分量

uk不能太小，也不能太大。uk太大時，變壓器空載時電壓高，負載時電壓壓降較多。uk太小時，變壓器接額定電壓短路時電流太大。短路電壓的有功與無功分量uk不能太小，也不能太大。uk太83例2-1，2-22-1一臺單相變壓器，額定容量為600kVA，額定電壓為35/6.3kV，試驗數(shù)據(jù)如下：求近似等效電路參數(shù)試驗類型電壓（V）電流（A）功率（W）備注短路空載22753500017.140.94395003300高壓側測高壓側測例2-1，2-22-1一臺單相變壓器，額定容量為600k84作業(yè)習題：2-5，2-6思考題：9-10，14返回作業(yè)習題：2-5，2-6返回857、 電壓變化率電壓變化程度——由于變壓器內部存在著電阻和漏抗，負載時產生電阻壓降和漏抗壓降，導致次級側電壓隨負載電流變化而變化。設外施電壓為額定電壓，取空載與額定負載兩種情況下的次級側電壓的算術差與空載電壓之比定義為電壓變化率(又稱電壓調整率)7、 電壓變化率電壓變化程度——由于變壓器內部存在著電阻和漏86電壓變化率U%的分析用副邊量表示用原邊量表示電壓變化率U%的分析用副邊量表示用原邊量表示87簡化計算前提條件：電流為額定電流，即I2N*=1簡化計算前提條件：電流為額定電流，即I2N*=188電壓變化率與負載大小額定負載時（感性負載）：

一般負載時

定義負載率電壓變化率與負載大小額定負載時（感性負載）：一般負載時89電壓變化率與負載性質U與負載電流的功率因數(shù)有關電壓變化率與負載性質U與負載電流的功率因數(shù)有關90電阻性負載時功率因數(shù)等于1，即2＝O，cos2=1，sin2＝O，U％=ua*。電壓降落不大。電阻電感性負載時功率因數(shù)為滯后，2取正值，隨著2增大，ua*cos2減小，ur*sin2增大，U隨之增大。但不是直線關系。U％有一最大值，用d(U％)／d2＝0求極值條件，求得當U％達到最大，當繼續(xù)增大，U％又趨于減小。電阻電容性負載時功率因數(shù)為超前，2取負值，這時U％為兩項之差。當滿足條件ua*cos2=ur*sin2時U=0。當電阻電容性負載功率因數(shù)繼續(xù)減小，則ua*cos2＜ur*sin2，U％變?yōu)樨撝怠⑦@時負載電壓反而大于空載電壓。電阻性負載時功率因數(shù)等于1，即2＝O，cos2=1，si91影響端電壓的因素小結①負載大小β=I1／I1N=I2／I2N②漏阻抗rk，xk③負載性質2，容性負載ΔU＜0，感性負載ΔU＞0即：輸出端電壓可能超過額定電壓影響端電壓的因素小結①負載大小β=I1／I1N=I2／I2928、變壓器的效率效率：輸出功率與輸入功率之比輸入功率是輸出功率與全部損耗之和損耗p 初級繞組銅耗pcu1=I12r1

次級繞組銅耗pcu2＝I22r2

鐵芯損耗pFe＝Im2rm=P2/P1=P2/(P2+p)=(P1-p)/P18、變壓器的效率效率：輸出功率與輸入功率之比93間接法計算效率_損耗分離法間接法計算效率_損耗分離法94效率曲線當負載的功率因數(shù)保持不變，效率隨負載電流而變化的關系稱為效率曲線效率曲線當負載的功率因數(shù)保持不變，效率隨負載電流而變化的關系95最大效率不變損耗p0-----不隨負載電流變化可變損耗β2PkN----隨負載電流二次方變化極值條件：

當可變損耗等于不變損耗時效率達到最大一般βm=0.5～0.77返回最大效率不變損耗p0-----不隨負載電流變化返回96小 結變壓器磁路中存在著主磁通和漏磁通。主磁通同時鍵鏈初級、次級統(tǒng)組。在初級、次級繞組中產生感應電勢E1和E2，由于初級、次級繞組的匝數(shù)不同，從而實現(xiàn)了電壓的變換。主磁通在傳遞電磁功率過程中起著媒介作用。漏磁通只鍵鏈初級繞組或次級繞組，它對變壓器電磁過程的影響是起漏抗壓降的作用，而不直接參與能量的傳遞。小 結變壓器磁路中存在著主磁通和漏磁通。主磁通同時鍵鏈初級、97能量傳遞在變壓器中存在著初級繞組和次級繞組各自的電勢平衡關系和兩繞組之間的磁勢平衡關系。當次級側電流和磁勢變化時，將傾向于改變鐵芯中的主磁通m及感應電勢E1，即破壞初級側電勢平衡關系，此時初級側會自動增加一電流分量IL和相應的磁勢ILw1，以平衡次級側磁勢的作用，使初級側電勢達到新的平衡。通過電勢平衡關系與磁勢平衡關系，能量從初級側傳遞至次級側。能量傳遞在變壓器中存在著初級繞組和次級繞組各自的電勢平衡關系98激磁電流在鐵芯飽和時，為了得到正弦變化的磁通，激磁電流中必須含有高次諧波，尤其是三次諧波。在變壓器分析中常采用等效正弦波電流來等值代替，考慮鐵耗后，等效激磁電流超前主磁通一個角度——鐵耗角。激磁電流在鐵芯飽和時，為了得到正弦變化的磁通，激磁電流中必須99注意點：把次級側的量折算至初級側，可以得到初級、次級間有電流聯(lián)系的等效電路?；痉匠淌健⒌刃щ娐泛拖嗔繄D是分析變壓器內部電磁關系的三種方法變壓器的電抗參數(shù)和磁通對應：xm對應主磁通，隨飽和程度不同；x1對應初級漏磁通，x2對應次級漏磁通主要性能指標是電壓變化率U和效率，其數(shù)值受變壓器參數(shù)和負載的大小及性質的影響注意點：把次級側的量折算至初級側，可以得到初級、次級間有電流100xm對應主磁通Xm越大，激磁電流Im(I0)越小增加N1，（U1不變），Φm將減小，磁路飽和程度下降，磁阻減小，激磁電抗xm將增大；副方繞組匝數(shù)N2對Φm無影響增加鐵芯截面積，如Φm不變，飽和降低，xm將增大增加U1大于UN，則Φ

m將增大，磁路飽和上升，xm將減小xm對應主磁通Xm越大，激磁電流Im(I0)越小101作業(yè)思考題15，16，17習題2-8，2-10，2-12注意：1.標幺值*，歸算值’，基值b2.測量側作業(yè)思考題15，16，17102變壓器的基本作用原理

與理論分析變壓器的負載運行4

標幺值5參數(shù)的測定6變壓器的運行性能71變壓器的類別和結構2變壓器的發(fā)熱和冷卻3變壓器的空載運行變壓器的基本作用原理

與理論分析變壓器的負載運行41103一、變壓器的類別和結構

一、變壓器的類別和結構104變壓器的主要類別一種靜止的電機將一種電壓的電能轉換為另一種電壓的電能。用途分類：電力變壓器，電力系統(tǒng)傳輸電能電爐變壓器，專給煉鋼爐供電整流變壓器，大型電解電鍍、直流電力機車供電儀用變壓器、控制變壓器無線電變壓器，僅傳輸信號。變壓器的主要類別一種靜止的電機105電力變壓器變壓器的總容量大致相當于發(fā)電機容量的三倍。輸電過程中，通常將電壓升高，通過高壓輸電線傳送到遠方的城市，經過降壓變壓器降為10kv電壓，再經過配電降壓變壓器分配給用戶。輸送同樣的功率，電壓低則電流大，一方面由于大電流在輸電線路上引起損耗，另一方面大電流在線路阻抗上產生大的壓降，受電端電壓很低，電能傳送不出去。只有高電壓能將電能輸送到遠方。配電變壓器電力變壓器變壓器的總容量大致相當于發(fā)電機容量的三倍。輸電過程106電力變壓器類別-變壓方式升壓變壓器——升高電壓的變壓器降壓變壓器——降低電壓的變壓器特殊變壓器，如試驗用高壓變壓器、電爐用變壓器、電焊用變壓器、晶閘管線路中的變壓器、用于測量儀表的電壓互感器和電流互感器等等電力變壓器類別-變壓方式升壓變壓器——升高電壓的變壓器107電力變壓器類別-線圈數(shù)目雙繞組變壓器，在鐵芯中有兩個繞組，一個為初級繞組，一個為次級繞組

自耦變壓器，初級、次級繞組合為一個

三繞組變壓器，三個繞組連接三種不同電壓的線路多繞組變壓器，如分裂變壓器電力變壓器類別-線圈數(shù)目雙繞組變壓器，在鐵芯中有兩個繞組，一108電力變壓器類別-冷卻方式油浸式變壓器——鐵芯和繞組都一起浸入灌滿了變壓器油的油箱中，可以加強絕緣和改善冷卻散熱條件干式變壓器，能滿足特殊要求，如安全電力變壓器類別-冷卻方式油浸式變壓器——鐵芯和繞組都一起浸入109電力變壓器類別-相數(shù)單相變壓器三相變壓器電力變壓器類別-相數(shù)單相變壓器110電力變壓器的基本結構鐵芯鐵芯帶有絕緣的繞組繞組變壓器油油油箱油箱絕緣套管套管電力變壓器的基本結構鐵芯鐵芯111鐵芯——變壓器的磁路電力變壓器的鐵心是由0.35mm厚的冷軋硅鋼片疊成。減少渦流損耗，提高導磁系數(shù)。鐵心柱鐵軛鐵芯——變壓器的磁路電力變壓器的鐵心是由0.35mm厚的冷軋112鐵芯的交疊裝配單相變壓器鐵心疊法，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——接逢處氣隙小可以避免渦流在鋼片之間流通鐵芯的交疊裝配單相變壓器鐵心疊法，偶數(shù)層剛好壓著奇數(shù)層的接縫113三相芯式變壓器的鐵心排列法，主要使疊縫相互交疊，從而減少磁路的磁阻三相芯式變壓器的鐵心排列法，主要使疊縫相互交疊，從而減少磁路114變壓器鐵心柱的橫切面返回變壓器鐵心柱的橫切面返回115繞組——變壓器的電路變壓器繞組一般為絕緣扁銅線或絕緣圓銅線在繞線模上繞制而成。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。按照繞組在鐵芯中的排列方法分類，變壓器可分為鐵芯式和鐵殼式兩類基本型式：同芯式，交疊式

繞組——變壓器的電路變壓器繞組一般為絕緣扁銅線或絕緣圓銅線在116單相芯式變壓器鐵心及繞組繞組同芯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，以便于絕緣。單相芯式變壓器鐵心及繞組繞組同芯套裝在變壓器鐵心柱上，低壓繞117鐵殼式變壓器

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，絕緣也比較困難通常應用于電壓很低而電流很大的特殊場合，例如，電爐用變壓器。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。鐵殼式變壓器變壓器的鐵芯柱在中間，鐵軛在兩旁環(huán)繞，且把繞組118繞組的基本型式同芯式——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

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返回繞組的基本型式同芯式——鐵芯式變壓器常用。高壓繞組和低壓繞組119變壓器油——冷卻、絕緣電力變壓器繞組與鐵心裝配完后用夾件緊固，形成變壓器的器芯。變壓器器芯裝在油箱內，油箱內充滿變壓器油。變壓器油是一種礦物油，具有很好的絕緣性能。變壓器油起兩個作用：

①絕緣：繞組與繞組、繞組與鐵心及油箱之間

②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變壓器油——冷卻、絕緣電力變壓器繞組與鐵心裝配完后用夾件緊固120油箱——

機械支撐、冷卻散熱、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。返回油箱——

機械支撐、冷卻散熱、變壓器運行時產生熱量，使變121絕緣套管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。在瓷套和導電桿間留有一道充油層——充油套管當電壓等級更高時，在瓷套內腔中常環(huán)繞著導電桿包上幾層絕緣紙簡，在每個絕緣紙簡上貼附有一層鋁箔，則沿著套管的徑向距離，絕緣層和鋁箔層構成串聯(lián)電容器，使資套與導電桿間的電場分布均勻套管外形常做成傘形，電壓愈高、級數(shù)愈多。返回絕緣套管絕緣套管由中心導電桿與瓷套組成。導電桿穿過變壓器油122變壓器的額定值額定容量SN——制造廠所規(guī)定的在額定條件下使用時輸出能力的保證值。單位為VA或kVA。對三相變壓器指三相的總容量。由于效率高，原、副方的額定容量設計得相等，與體積、用銅量有關。變壓器的額定值額定容量SN——制造廠所規(guī)定的在額定條件下使123額定電壓——由制造廠所規(guī)定的變壓器在空載時額定分接頭上的電壓保證值。單位為V或kV。當變壓器初級側在額定分接頭處接有額定電壓U1N，次級側空載電壓即為次級側額定電壓U2N。

對三相變壓器，銘牌上的額定電壓指線電壓額定電流——額定容量除以各繞組的額定電壓所計算出來的線電流值。單位用A或kA。電力變壓器的額定頻率是50Hz

變壓器的額定值額定電壓——由制造廠所規(guī)定的變壓器在空載時額定分接頭上的電壓124額定值的關系單相變壓器三相變壓器返回額定值的關系單相變壓器返回125二、變壓器的發(fā)熱和冷卻假定：鐵芯和各個繞組都是獨立的發(fā)熱單位。即認為鐵芯的發(fā)熱僅來源于鐵芯損耗，各繞組的發(fā)熱來源于各自的銅耗，它們相互間并沒有熱量交換。由于油的對流作用，油在受熱后將上升、而在冷卻后又將下降。油浸變壓器中，沿著油箱高度，上部的溫度要比下部的溫度略高二、變壓器的發(fā)熱和冷卻假定：鐵芯和各個繞組都是獨立的發(fā)熱單126東南大學電機學課件第二章變壓器的基本作用原理與理論分析127油浸變壓器的繞組均用A級絕緣。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升繞組最高允許溫度為105℃油浸變壓器的繞組均用A級絕緣。根據(jù)我國的氣候情況，國家標準規(guī)128變壓器的冷卻常用冷卻介質——油（油浸式）、空氣（干式）冷卻方式——油浸自冷式；油浸風冷式(人工通風)；強制油循環(huán)冷卻式

油箱形式平滑油箱：50kVA波形油箱管形油箱：~200kVA散熱器油箱：2500—6300kVA返回變壓器的冷卻常用冷卻介質——油（油浸式）、空氣（干式）返回129作業(yè)2-12-2講解星形，三角形連接作業(yè)2-1講解星形，三角形連接130變壓器電路理論及其運行特性版權所有，2000?SoutheastUniversityElectricalEngineeringDepartment.變壓器電路理論及其運行特性版權所有，2000?Sout131三、空載運行

空載指一側繞組接到電源（初級1），另一側繞組（次級2）開路。1電磁物理現(xiàn)象2 感應電動勢3 電壓變比4 激磁電流5勵磁特性的電路模型6漏抗7電路方程等效電路相量圖三、空載運行 空載指一側繞組接到電源（初級1），另一側繞組1321、電磁物理現(xiàn)象空載電流i0，i1＝i0。全部用以激磁——激磁電流im，i0＝im激磁電流產生激磁磁勢imN1，建立交變磁場1、電磁物理現(xiàn)象空載電流i0，i1＝i0。全部用以激磁——激133空載運行：原邊接額定電壓u1n的電源，副邊開路原邊繞組電流i0為空載電流，產生空載勵磁磁勢F0=I0×N1,F0產生磁通磁通分為兩部分

主磁通Φ流徑閉合鐵心，磁阻小，同時匝鏈了原邊和副邊繞組,并感應出電勢e1和e2。是變壓器傳遞能量的主要媒介

原邊繞組漏磁通Ф1σ，僅與原邊繞組匝鏈，通過變壓器油或空氣形成閉路，磁阻大，不傳遞功率變壓器鐵心由高導磁材料硅鋼片制成（導磁系數(shù)μr>2000)，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?？蛰d運行：原邊接額定電壓u1n的電源，副邊開路134磁場的磁通分為主磁通和漏磁通兩部分①磁路不同，因而磁阻不同。 主磁通同時交鏈初級、次級繞組，又稱為互磁通，路徑為沿鐵芯而閉合的磁路，磁阻較小。 漏磁通1只交鏈初級繞組，稱初級側漏磁通，它所行經的路徑大部分為非磁性物質，磁阻較大。②功能不同。主磁通通過互感作用傳遞功率，漏磁通不傳遞功率。磁場的磁通分為主磁通和漏磁通兩部分135磁場的磁通與1都是交變磁通在繞組中感應交變電勢

磁場的磁通與1都是交變磁通1362、感應電勢箭頭方向表示正方向規(guī)定電流的正方向與該電流所產生的磁通正方向符合“右手螺旋”定則，規(guī)定磁通的正方向與其感應電勢的正方向符合“右手螺旋”定則。電流正方向與電勢正方向一致。2、感應電勢箭頭方向表示正方向137方向規(guī)定：電壓u1與電流i0同方向，磁通正方向與電流正方向符合右手螺旋定則，e的正方向與電流同方向。這樣e1=－N1dФ/dt成立。例如正在增加，dФ/dt為正，e1＝－N1dФ/dt＜0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Ф′，與Ф方向相反，起阻止Ф增加的作用，即符合楞次定律。

方向規(guī)定：電壓u1與電流i0同方向，磁通正方向與電流正方向符138磁通，電勢，電壓的關系公式推導圖2-8磁通，電勢，電壓的關系公式推導圖2-8139變比——初級電壓與次級空載時端點電壓之比。電壓變比k

決定于初級、次級繞組匝數(shù)比。略去電阻壓降和漏磁電勢

3、電壓變比變比——初級電壓與次級空載時端點電壓之比。3、電壓變比1404、激磁電流的三個分量忽略電阻壓降和漏磁電勢，則U1＝E1＝4.44fN1m。m∝U1即：當外施電壓U1為定值，主磁通m也為一定值問題：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激磁電流呢?激磁電流包括哪些成分呢?答：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，激磁電流的大小和波形將受磁路飽和、磁滯及渦流的影響。4、激磁電流的三個分量忽略電阻壓降和漏磁電勢，則U1＝E1＝141(一)磁路飽和影響當Bm＜0.8T，磁路末飽和狀態(tài)、磁化曲線＝f(i)呈線性，導磁率是常數(shù)。當按正弦變化，i亦按正弦變化。(一)磁路飽和影響當Bm＜0.8T，磁路末飽和狀態(tài)、磁化曲線142磁路飽和影響如Bm＞0.8T，磁路開始飽和，＝f(i)呈非線性，隨i增大導磁率逐漸變小。磁通為正弦波，i為尖頂波，尖頂?shù)拇笮∪Q于飽和程度。對尖頂波進行波形分析，除基波分量外，包含有各奇次諧波。其中以3次諧波幅值最大。用等效正弦波電流替代實際尖頂波電流。等效原則：令等效正弦波與尖頂波有相同的有效值，與尖頂波的基波分量有相同頻率且同相位。磁路飽和影響如Bm＞0.8T，磁路開始飽和，＝f(i)呈非143磁路飽和影響磁化電流I，I與m同相位。I滯后于-E190，I具有無功電流性質，它是激磁電流的主要成分。磁路飽和影響磁化電流I，I與m同相位。144(二)磁滯現(xiàn)象的影響激磁電流是不對稱尖頂波，把它分解成兩個分量。（1）對稱的尖頂波，它是磁路飽和所引起的，即磁化電流分量i。（2）近似正弦波，電流分量ih，頻率為基波頻率，磁滯電流分量，Ih與-E1同相位，是有功分量電流。(二)磁滯現(xiàn)象的影響激磁電流是不對稱尖頂波，把它分解成兩個分145磁滯現(xiàn)象的影響磁滯現(xiàn)象的影響146(三)渦流對激磁電流的影響交變磁通在鐵芯中感應電勢，在鐵芯中產生渦流及渦流損耗。渦流電流分量Ie由渦流引起的，與渦流損耗對應，Ie與-E1同相位。由于磁路飽和、磁滯和渦流三者同時存在，激磁電流實際包含I、Ih和Ie三個分量；又由于Ih和Ie同相位，合并稱為鐵耗電流分量，用IFe表示。(三)渦流對激磁電流的影響交變磁通在鐵芯中感應電勢，在鐵芯中147空載時激磁電流Iu——磁化電流，無功性質，為主要分量Ife——鐵耗電流，有功性質，產生磁滯（Ih）和渦流損耗（Ie）空載時激磁電流Iu——磁化電流，無功性質，為主要分量1485、激磁特性的電路模型Xm是主磁通Φ引起的電抗，為勵磁電抗5、激磁特性的電路模型Xm是主磁通Φ引起的電抗，為勵磁電抗1496、漏抗描述漏磁電勢的電路參數(shù)。由于漏磁通所經路徑主要為非磁性物質（空氣），磁阻為常數(shù)。即漏磁通與產生該漏磁通的電流成正比且同相位，漏電感亦為常數(shù)。6、漏抗描述漏磁電勢的電路參數(shù)。由于漏磁通所經路徑主要為非磁1507、空載電路方程7、空載電路方程151等效電路rm+jXm上的壓降表示主磁通對變壓器的作用（隨外施電壓的增加而減小——由于飽和影響）X1表示漏磁通對電路的影響，近似為常數(shù)等效電路rm+jXm上的壓降表示主磁通對變壓器的作用152相量圖U2（參考方向）、E2E1與U2方向一致Φm超前E190度Im超前Φm一個角度U1相量圖U2（參考方向）、E2153作業(yè)2-32-4重點理解各參數(shù)的物理意義及相互間關系返回作業(yè)2-3返回154四 變壓器負載運行 負載運行是指一側繞組接電源，另一側繞組接負載運行。1負載時的電磁物理過程2基本方程式3歸算4歸算后的分析返回四 變壓器負載運行 負載運行是指一側繞組接電源，另一側繞組1551、負載時的電磁物理現(xiàn)象變壓器的初級、次級繞組沒有電的聯(lián)系，功率傳遞依靠互感。在功率傳遞過程中應滿足能量守恒，在電路上需滿足電壓平衡、磁路上需滿足磁勢平衡。mN1N2Next1、負載時的電磁物理現(xiàn)象變壓器的初級、次級繞組沒有電的聯(lián)系，156次級電流的影響次級電流的存在、建立起次級磁勢，它也作用在鐵芯磁路上。改變了原有的磁勢平衡狀態(tài)，迫使主磁通變化，導致電勢也隨之改變。電勢的改變又破壞已建立的電壓平衡，迫使原電流隨之改變，直到電路和磁路又達到新的平衡為止。（磁勢平衡式）負載時作用在主磁路上的全部磁勢應等于產生磁通所需的激磁磁勢。次級電流的影響次級電流的存在、建立起次級磁勢，它也作用在鐵芯157初級、次級電流間的約束關系表明當有負載電流時。初級電流I1應包含有二個分量。其中Im用以激勵主磁通。I1L所產生負載分量磁勢I1LN1，用以抵消次級磁勢I2N2對主磁路的影響。激磁電流的值決定于主磁通

m，即決定于E1。u1≈E1=4.44fN1Φm初級、次級電流間的約束關系表明當有負載電流時。初級電流I1應158電磁現(xiàn)象返回電磁現(xiàn)象返回1592、基本方程式返回2、基本方程式返回1603、歸算繞組歸算——用一假想的繞組替代其中一個繞組使成為k＝1的變壓器。歸算量在原符號加上標號區(qū)別，歸算后的值稱為歸算值或折算值。原則：歸算不改變實際變壓器內部的電磁平衡關系3、歸算繞組歸算——用一假想的繞組替代其中一個繞組使成為k＝161歸算方法一次級側歸算到初級側保持初級繞組匝數(shù)N1不變．設想有一個匝數(shù)為N2=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：k＝N1/N2＝1。歸算方法一次級側歸算到初級側162歸算方法二初級側歸算到次級側保持次級繞組匝數(shù)N2不變，設想有一個匝數(shù)為N1＝N2的初級繞組，用它來取代初級有匝數(shù)為N1的初級繞組。k＝N1/N2＝1歸算方法二初級側歸算到次級側163一)次級電流的歸算值物理意義：當用N2＝N1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1／k倍。歸算前后磁勢應保持不變一)次級電流的歸算值歸算前后磁勢應保持不變164二)次級電勢的歸算值歸算前后次級邊電磁功率應不變

E2I2＝E2I2 物理意義：當用N2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，歸算后的次級電勢應增加k倍。二)次級電勢的歸算值歸算前后次級邊電磁功率應不變165三)電阻的歸算值歸算前后銅耗應保持不變物理意義：當用N2替代N2后，匝數(shù)增加到k倍，次級繞組長度增加到k倍；次級電流減到為原來的l/k倍，歸算后的次級繞組截面積應減到原來的l／k倍，故歸算后的次級電阻應增加到原來的k2倍。（繞組本身沒有變化）三)電阻的歸算值歸算前后銅耗應保持不變166四)漏抗的歸算值歸算前后次級漏磁無功損耗應保持不變物理意義：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k倍，故漏抗應增加到k2倍。返回四)漏抗的歸算值歸算前后次級漏磁無功損耗應保持不變返回1674、歸算后的基本方程4、歸算后的基本方程168歸算后的T形等效電路歸算后的T形等效電路169相量圖注意：相量圖的作法必須與方程式的寫法一致，而方程式的寫法又必須與所規(guī)定的正方向一致。變壓器的相量圖包括三個部分：①次級側電壓相量圖；②電流相量圖或磁勢平衡相量圖；③初級側電壓相量圖。相量圖注意：相量圖的作法必須與方程式的寫法一致，而方程式的寫170相量圖——作圖步驟首先選定一個參考相量、且只能有一個參考相量。常以U2為參考相量，根據(jù)給定的負載畫出負載電流相量I2。根據(jù)次級側電壓平衡式E2＝U2+I2Z2可畫出相量E2，由于E1＝E2，因此也可畫出相量E1。主磁通m應超前E190，激磁電流又超前m一鐵耗角。由磁勢平衡式I1=Im+(-I2)求得I1。由初級側電壓平衡式U1=-E2+I1Z1求得I1。相量圖——作圖步驟首先選定一個參考相量、且只能有一個參考相量171變壓器的實用相量圖變壓器的實用相量圖172近似等效電路把激磁支路移至端點處。計算時引起的誤差不大：變壓器的激磁電流(即空載電流)為額定電流的3％-8％，（大型變壓器不到1％）。近似等效電路把激磁支路移至端點處。計算時引起的誤差不大：變壓173簡化等效電路略去激滋電流（支路）常用于定性分析注意簡化的近似假設返回簡化等效電路略去激滋電流（支路）常用于定性分析注意簡化的近似174五、 標么值對各個物理量選一個固定的數(shù)值作為基值，取實際值與基值之比稱為該物理量的標么值 標么值用下標“*”基值（采用下標“b”）

電壓基值——額定電壓 U1b=U1N,U2b=U2N電流基值——額定電流I1b=I1N,I2b=I2N功率基值——額定容量Sb＝SN阻抗基值——額定電壓與額定電流之商初級、次級側各物理量應采用不同基值標幺值=實際值/基值五、 標么值對各個物理量選一個固定的數(shù)值作為基值，取實際值與175標么值的優(yōu)點1．計算方便，容易判斷計算錯誤因為取額定值作為基值，當實際電壓為額定電壓和實際電流為額定電流時，用標么值計算就作為1。2．采用標么值計算同時也起到了歸算作用這是由于初級、次級側分別采用了不同基值，且已包含有變比關系。3．采用標么值更能說明問題標幺值=實際值/基值返回標么值的優(yōu)點1．計算方便，容易判斷計算錯誤標幺值=實際值/基176六、參數(shù)測定方法空載試驗 測定激磁電阻rm和激磁電抗xm短路試驗 計算參數(shù)rk和xk六、參數(shù)測定方法空載試驗177空載試驗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，在低壓側進行測量，測得的數(shù)據(jù)是低壓側的值，計算的激磁阻抗也是歸算至低壓側的值。

空載試驗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178空載特性曲線u0=f(I0)

通過調壓器給變壓器供電，調壓器輸出電壓U10,從1.2UN到0.3UN取8--9點，每點均測出P0，I0，U20空載試驗時電壓較高，電流較小故電流要精確測量，電流表及功率表電流接線圖中流過的電流為實際空載電流空載特性曲線u0=f(I0)

通過調壓器給變壓器供電，調壓器179空載試驗參數(shù)計算激磁參數(shù)值隨飽和而變化。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。令U0為外施每相電壓，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。空載試驗參數(shù)計算激磁參數(shù)值隨飽和而變化。為反映變壓器運行時的180短路試驗短路試驗應降低電壓進行。控制短路電流不超過額定值。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)值不同，用標么值計算則相同。短路試驗短路試驗應降低電壓進行?？刂贫搪冯娏鞑怀^額定值。181短路特性曲線uk=f(Ik)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Ik≈1.25IN時停止升壓，防止過大電流產生，對變壓器不利。記錄數(shù)據(jù)Uk，Ik，從1.25IN到0.5IN測5∽6點。由于Uk低，鐵心中Ф低，故Pk中所含鐵耗較小，可忽略鐵耗，故Pk中只含銅耗。短路特性曲線uk=f(Ik)試驗開始時應注意調壓器輸出應調到182短路試驗參數(shù)計算Uk表示每相電壓，Ik表示每相電流，Pk表示每相輸入功率即等于每相短路損耗pk電阻隨溫度而變化，如短路試驗時的室溫為(℃)，按標準規(guī)定應換算到標準溫度75℃時的值。短路試驗參數(shù)計算Uk表示每相電壓，Ik表示每相電流，Pk表示183短路電壓百分數(shù)短路試驗時，使短路電流恰為額定電流的外施電壓uk，稱為ukN。以額定電壓百分數(shù)表示，稱為短路電壓百分數(shù)短路電壓百分數(shù)去掉100％符號，就是短路電壓標么值uk不能太小，也不能太大。uk太大時，變壓器空載時電壓高，負載時電壓壓降較多。uk太小時，變壓器接額定電壓短路時電流太大。短路電壓百分數(shù)短路試驗時，使短路電流恰為額定電流的外施電壓u184短路電壓的有功與無功分量

uk不能太小，也不能太大。uk太大時，變壓器空載時電壓高，負載時電壓壓降較多。uk太小時，變壓器接額定電壓短路時電流太大。短路電壓的有功與無功分量uk不能太小，也不能太大。uk太1