變壓器的基本作用原理與理論分析課件

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基本作用原理與理論分析本章內(nèi)容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1本章內(nèi)容電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值1變壓器空載運行2變壓器負載運行3標么值4參數(shù)測定方法5變壓器的運行性能6本章內(nèi)容電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值1變壓器空載運行2變壓器§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)220kV變壓器§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)220§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值變壓器加工照片§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值變壓器加工照片§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值鐵芯硅鋼片疊裝而成，0.2mm~0.35mm厚，通常為冷軋有取向為了進一步降低空載電流、空載損耗，上層與下層疊片接縫錯開，稱為交疊裝配單相三相§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值鐵芯單相§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值單相，四片式鐵芯交疊方法三相，六片式鐵芯交疊方法§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值單相，四片式鐵芯交疊方法三§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值繞組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

繞組同芯套裝在變壓器鐵心柱上，低壓繞組在內(nèi)層，高壓繞組套裝在低壓繞組外層，以便于絕緣?！?電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值繞組§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值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(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu)可以加強對繞組的機械支撐，使能承受較大的電磁力。§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值鐵殼式變壓器§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值變壓器油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(nèi)，油箱內(nèi)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(nèi)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§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值變壓器油§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值油箱機械支撐、冷卻散熱、保護作用當變壓器出現(xiàn)故障時，產(chǎn)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?！?電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值油箱§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值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(nèi)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(nèi)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(gòu)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?！?電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值絕緣套管§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值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?cè)萘?。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(cè)在額定分接頭處接有額定電壓U1N，次級側(cè)空載電壓即為次級側(cè)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

§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值變壓器的額定值§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值單相變壓器三相變壓器§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值單相變壓器§2變壓器的空載運行

空載指一側(cè)繞組接到電源（初級1），另一側(cè)繞組（次級2）開路。1電磁物理現(xiàn)象2 感應(yīng)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§2變壓器的空載運行 空載指一側(cè)繞組接到電源（初級1），§2變壓器的空載運行電磁物理現(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(chǎn)生激磁磁勢imN1，建立交變磁場§2變壓器的空載運行電磁物理現(xiàn)象空載電流i0，i1＝i0?！?變壓器的空載運行空載運行：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(chǎn)生空載勵磁磁勢F0=I0×N1,F0產(chǎn)生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(cè)漏磁通，它所行經(jīng)的路徑大部分為非磁性物質(zhì)，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?！?變壓器的空載運行空載運行：原邊接額定電壓u1n的電源，§2變壓器的空載運行各量的電磁關(guān)系：§2變壓器的空載運行各量的電磁關(guān)系：§2變壓器的空載運行正方向箭頭方向表示正方向規(guī)定電流的正方向與該電流所產(chǎn)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(yīng)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。e的正方向與電流同方向。這樣e1=－N1dФ/dt成立§2變壓器的空載運行正方向§2變壓器的空載運行感應(yīng)電動勢、電壓變比§2變壓器的空載運行感應(yīng)電動勢、電壓變比§2變壓器的空載運行變比——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§2變壓器的空載運行變比——初級電壓與次級空載時端點電壓之§2變壓器的空載運行勵磁電流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(jié)構(gòu)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(zhì)，激磁電流的大小和波形將受磁路飽和、磁滯及渦流的影響?！?變壓器的空載運行勵磁電流§2變壓器的空載運行(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?！?變壓器的空載運行(一)磁路飽和影響§2變壓器的空載運行如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?！?變壓器的空載運行如Bm＞0.8T，磁路開始飽和，＝f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(zhì)，它是激磁電流的主要成分?！?變壓器的空載運行磁路飽和影響磁化電流I，I與m同相位?！?變壓器的空§2變壓器的空載運行（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?！?變壓器的空載運行（二）磁滯現(xiàn)象的影響§2變壓器的空載運行(三)渦流對勵磁電流的影響交變磁通在鐵芯中感應(yīng)電勢，在鐵芯中產(chǎn)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(yīng)，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?！?變壓器的空載運行(三)渦流對勵磁電流的影響§2變壓器的空載運行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§2變壓器的空載運行激磁特性的電路模型Xm是主磁通Φ引起的§2變壓器的空載運行漏抗描述漏磁電勢的電路參數(shù)。由于漏磁通所經(jīng)路徑主要為非磁性物質(zhì)（空氣），磁阻為常數(shù)。即漏磁通與產(chǎn)生該漏磁通的電流成正比且同相位，漏電感亦為常數(shù)§2變壓器的空載運行漏抗§2變壓器的空載運行空載電壓方程、等效電路和相量圖§2變壓器的空載運行空載電壓方程、等效電路和相量圖§2變壓器的空載運行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§2變壓器的空載運行U2（參考方向）、E2§3變壓器的負載運行負載運行是指一側(cè)繞組接電源，另一側(cè)繞組接負載運行?！?變壓器的負載運行負載運行是指一側(cè)繞組接電源，另一側(cè)繞組初級、次級電流間的約束關(guān)系表明當有負載電流時,初級電流I1應(yīng)包含有二個分量。其中Im用以激勵主磁通。I1L所產(chǎn)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磁勢平衡式初級、次級電流間的約束關(guān)系表明當有負載電流時,初級電流I1應(yīng)§3變壓器的負載運行負載運行電磁關(guān)系§3變壓器的負載運行負載運行電磁關(guān)系§3變壓器的負載運行基本方程式§3變壓器的負載運行基本方程式§3變壓器的負載運行歸算繞組歸算——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(nèi)部的電磁平衡關(guān)系次級側(cè)歸算到初級側(cè)保持初級繞組匝數(shù)N1不變．設(shè)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。初級側(cè)歸算到次級側(cè)§3變壓器的負載運行歸算§3變壓器的負載運行電流的歸算歸算前后磁勢應(yīng)保持不變物理意義：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。電勢的歸算歸算前后次級邊電磁功率應(yīng)不變物理意義：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(yīng)增加k倍?！?變壓器的負載運行電流的歸算§3變壓器的負載運行電阻的歸算歸算前后銅耗應(yīng)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(yīng)減到原來的l／k倍，故歸算后的次級電阻應(yīng)增加到原來的k2倍。（繞組本身沒有變化）漏抗的歸算歸算前后次級漏磁無功損耗應(yīng)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(yīng)增加到k2倍?！?變壓器的負載運行電阻的歸算歸算一)次級電流的歸算值二)次級電勢的歸算值三)電阻的歸算值四)漏抗的歸算值副方歸算到原方：原方量不變副方電流除以K

副方電壓(勢)乘以K

副方電抗(阻)乘以K2原方歸算到副方：副方量不變原方電流乘以K

原方電壓(勢)除以K

原方電抗(阻)除以K2歸算一)次級電流的歸算值二)次級電勢的歸算值三)電阻的歸§3變壓器的負載運行折算到一次側(cè)的方程式組§3變壓器的負載運行折算到一次側(cè)的方程式組§3變壓器的負載運行T形等效電路圖§3變壓器的負載運行T形等效電路圖§3變壓器的負載運行§3變壓器的負載運行§3變壓器的負載運行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(cè)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(yīng)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(cè)電壓平衡式U1=-E2+I1Z1求得I1?！?變壓器的負載運行相量圖作圖步驟§3變壓器的負載運行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％）?！?變壓器的負載運行近似等效電路§3變壓器的負載運行簡化等效電路略去激滋電流（支路）常用于定性分析§3變壓器的負載運行簡化等效電路§4標么值標么值定義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(cè)各物理量應(yīng)采用不同基值§4標么值標么值定義§4標么值標么值的優(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(cè)分別采用了不同基值，且已包含有變比關(guān)系。3．采用標么值更能說明問題§4標么值標么值的優(yōu)點空載試驗 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§5參數(shù)測定方法空載試驗§5參數(shù)測定方法§5參數(shù)測定方法空載實驗測定激磁電阻rm和激磁電抗xm試驗可在高壓側(cè)測量也可在低壓側(cè)測量，視實際測量方便而定。如令高壓側(cè)開路，在低壓側(cè)進行測量，測得的數(shù)據(jù)是低壓側(cè)的值，計算的激磁阻抗也是歸算至低壓側(cè)的值。

§5參數(shù)測定方法空載實驗試驗可在高壓側(cè)測量也可在低壓側(cè)測量§5參數(shù)測定方法通過調(diào)壓器給變壓器供電，調(diào)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?？傻每蛰d特性曲線，u0=f(I0)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(yīng)調(diào)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?！?參數(shù)測定方法通過調(diào)壓器給變壓器供電，調(diào)壓器輸出電壓U1§5參數(shù)測定方法短路實驗計算參數(shù)rk和xk短路試驗應(yīng)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(cè)測量而把低壓側(cè)短路，也可在低壓側(cè)測量而把高壓側(cè)短路。二者測得的數(shù)值不同，用標么值計算則相同?！?參數(shù)測定方法短路實驗短路試驗應(yīng)降低電壓進行?？刂贫搪冯姟?參數(shù)測定方法試驗開始時應(yīng)注意調(diào)壓器輸出應(yīng)調(diào)到零，然后從0開始，慢慢調(diào)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(chǎn)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。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(yīng)換算到標準溫度75℃時的值?！?參數(shù)測定方法試驗開始時應(yīng)注意調(diào)壓器輸出應(yīng)調(diào)到零，然后從§5參數(shù)測定方法短路試驗時，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。zIU%100%100′=′=NkNNkNkUUu§5參數(shù)測定方法短路試驗時，使短路電流恰為額定電流的外施電短路電壓的有功與無功分量

短路電壓的有功與無功分量例2-1，2-22-1一臺三相變壓器，額定容量為2500kVA，額定電壓為60/6.3kV，Yd連接，25度下試驗數(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4800630024.0611.46265007700高壓側(cè)測低壓側(cè)測例2-1，2-22-1一臺三相變壓器，額定容量為2500§6變壓器的運行性能電壓變化率電壓變化程度——由于變壓器內(nèi)部存在著電阻和漏抗，負載時產(chǎn)生電阻壓降和漏抗壓降，導致次級側(cè)電壓隨負載電流變化而變化。設(shè)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(cè)電壓的算術(shù)差與空載電壓之比定義為電壓變化率(又稱電壓調(diào)整率)§6變壓器的運行性能電壓變化率§6變壓器的運行性能根據(jù)簡化向量圖推導出電壓變化率的簡化計算公式如下ΔU=(Rk*cosφ2+Xk*sinφ2+

(Rk*cosφ2-Xk*sinφ2)2/2)×100%注意：

ΔU的大小與短路阻抗的標幺值Zk*（Rk*、Xk*）、負載大?。↖2*）和負載性質(zhì)（cosφ2）有關(guān)；短路阻抗的標幺值Zk*，ΔU越大，負載變化時，負載電壓波動較大感性負載時，ΔU>0，二次側(cè)端電壓U2隨負載電流I2的增大而下降；容性負載時，ΔU可能小于0，二次側(cè)端電壓可能隨負載電流I2的增加而升高?！?變壓器的運行性能根據(jù)簡化向量圖推導出電壓變化率的簡化計電壓變化率與負載性質(zhì)U與負載電流的功率因數(shù)有關(guān)§6變壓器的運行性能電壓變化率與負載性質(zhì)U與負載電流的功率因數(shù)有關(guān)§6變壓器§6變壓器的運行性能變壓器的效率效率：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)/P1——間接法計算效率_損耗分離法§6變壓器的運行性能變壓器的效率§6變壓器的運行性能§6變壓器的運行性能變壓器的基本作用原理與理論分析課件§6變壓器的運行性能當負載的功率因數(shù)保持不變，效率隨負載電流而變化的關(guān)系稱為效率曲線不變損耗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β=0.5～0.6§6變壓器的運行性能當負載的功率因數(shù)保持不變，效率隨負載電謝謝謝謝63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基本作用原理與理論分析本章內(nèi)容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64本章內(nèi)容電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值1變壓器空載運行2變壓器負載運行3標么值4參數(shù)測定方法5變壓器的運行性能6本章內(nèi)容電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值1變壓器空載運行2變壓器§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)220kV變壓器§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)220§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值變壓器加工照片§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值變壓器加工照片§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值鐵芯硅鋼片疊裝而成，0.2mm~0.35mm厚，通常為冷軋有取向為了進一步降低空載電流、空載損耗，上層與下層疊片接縫錯開，稱為交疊裝配單相三相§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值鐵芯單相§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值單相，四片式鐵芯交疊方法三相，六片式鐵芯交疊方法§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值單相，四片式鐵芯交疊方法三§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值繞組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

繞組同芯套裝在變壓器鐵心柱上，低壓繞組在內(nèi)層，高壓繞組套裝在低壓繞組外層，以便于絕緣?！?電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值繞組§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值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(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu)可以加強對繞組的機械支撐，使能承受較大的電磁力?！?電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值鐵殼式變壓器§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值變壓器油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(nèi)，油箱內(nèi)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(nèi)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§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值變壓器油§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值油箱機械支撐、冷卻散熱、保護作用當變壓器出現(xiàn)故障時，產(chǎn)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?！?電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值油箱§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值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(nèi)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(nèi)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(gòu)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?！?電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值絕緣套管§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值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?cè)萘?。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(cè)在額定分接頭處接有額定電壓U1N，次級側(cè)空載電壓即為次級側(cè)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

§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值變壓器的額定值§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值單相變壓器三相變壓器§1電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)和額定值單相變壓器§2變壓器的空載運行

空載指一側(cè)繞組接到電源（初級1），另一側(cè)繞組（次級2）開路。1電磁物理現(xiàn)象2 感應(yīng)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§2變壓器的空載運行 空載指一側(cè)繞組接到電源（初級1），§2變壓器的空載運行電磁物理現(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(chǎn)生激磁磁勢imN1，建立交變磁場§2變壓器的空載運行電磁物理現(xiàn)象空載電流i0，i1＝i0?！?變壓器的空載運行空載運行：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(chǎn)生空載勵磁磁勢F0=I0×N1,F0產(chǎn)生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(cè)漏磁通，它所行經(jīng)的路徑大部分為非磁性物質(zhì)，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?！?變壓器的空載運行空載運行：原邊接額定電壓u1n的電源，§2變壓器的空載運行各量的電磁關(guān)系：§2變壓器的空載運行各量的電磁關(guān)系：§2變壓器的空載運行正方向箭頭方向表示正方向規(guī)定電流的正方向與該電流所產(chǎn)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(yīng)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。e的正方向與電流同方向。這樣e1=－N1dФ/dt成立§2變壓器的空載運行正方向§2變壓器的空載運行感應(yīng)電動勢、電壓變比§2變壓器的空載運行感應(yīng)電動勢、電壓變比§2變壓器的空載運行變比——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§2變壓器的空載運行變比——初級電壓與次級空載時端點電壓之§2變壓器的空載運行勵磁電流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(jié)構(gòu)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(zhì)，激磁電流的大小和波形將受磁路飽和、磁滯及渦流的影響?！?變壓器的空載運行勵磁電流§2變壓器的空載運行(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?！?變壓器的空載運行(一)磁路飽和影響§2變壓器的空載運行如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?！?變壓器的空載運行如Bm＞0.8T，磁路開始飽和，＝f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(zhì)，它是激磁電流的主要成分?！?變壓器的空載運行磁路飽和影響磁化電流I，I與m同相位。§2變壓器的空§2變壓器的空載運行（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?！?變壓器的空載運行（二）磁滯現(xiàn)象的影響§2變壓器的空載運行(三)渦流對勵磁電流的影響交變磁通在鐵芯中感應(yīng)電勢，在鐵芯中產(chǎn)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(yīng)，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?！?變壓器的空載運行(三)渦流對勵磁電流的影響§2變壓器的空載運行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§2變壓器的空載運行激磁特性的電路模型Xm是主磁通Φ引起的§2變壓器的空載運行漏抗描述漏磁電勢的電路參數(shù)。由于漏磁通所經(jīng)路徑主要為非磁性物質(zhì)（空氣），磁阻為常數(shù)。即漏磁通與產(chǎn)生該漏磁通的電流成正比且同相位，漏電感亦為常數(shù)§2變壓器的空載運行漏抗§2變壓器的空載運行空載電壓方程、等效電路和相量圖§2變壓器的空載運行空載電壓方程、等效電路和相量圖§2變壓器的空載運行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§2變壓器的空載運行U2（參考方向）、E2§3變壓器的負載運行負載運行是指一側(cè)繞組接電源，另一側(cè)繞組接負載運行?！?變壓器的負載運行負載運行是指一側(cè)繞組接電源，另一側(cè)繞組初級、次級電流間的約束關(guān)系表明當有負載電流時,初級電流I1應(yīng)包含有二個分量。其中Im用以激勵主磁通。I1L所產(chǎn)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磁勢平衡式初級、次級電流間的約束關(guān)系表明當有負載電流時,初級電流I1應(yīng)§3變壓器的負載運行負載運行電磁關(guān)系§3變壓器的負載運行負載運行電磁關(guān)系§3變壓器的負載運行基本方程式§3變壓器的負載運行基本方程式§3變壓器的負載運行歸算繞組歸算——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(nèi)部的電磁平衡關(guān)系次級側(cè)歸算到初級側(cè)保持初級繞組匝數(shù)N1不變．設(shè)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。初級側(cè)歸算到次級側(cè)§3變壓器的負載運行歸算§3變壓器的負載運行電流的歸算歸算前后磁勢應(yīng)保持不變物理意義：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。電勢的歸算歸算前后次級邊電磁功率應(yīng)不變物理意義：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(yīng)增加k倍?！?變壓器的負載運行電流的歸算§3變壓器的負載運行電阻的歸算歸算前后銅耗應(yīng)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(yīng)減到原來的l／k倍，故歸算后的次級電阻應(yīng)增加到原來的k2倍。（繞組本身沒有變化）漏抗的歸算歸算前后次級漏磁無功損耗應(yīng)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(yīng)增加到k2倍?！?變壓器的負載運行電阻的歸算歸算一)次級電流的歸算值二)次級電勢的歸算值三)電阻的歸算值四)漏抗的歸算值副方歸算到原方：原方量不變副方電流除以K

副方電壓(勢)乘以K

副方電抗(阻)乘以K2原方歸算到副方：副方量不變原方電流乘以K

原方電壓(勢)除以K

原方電抗(阻)除以K2歸算一)次級電流的歸算值二)次級電勢的歸算值三)電阻的歸§3變壓器的負載運行折算到一次側(cè)的方程式組§3變壓器的負載運行折算到一次側(cè)的方程式組§3變壓器的負載運行T形等效電路圖§3變壓器的負載運行T形等效電路圖§3變壓器的負載運行§3變壓器的負載運行§3變壓器的負載運行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(cè)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(yīng)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(cè)電壓平衡式U1=-E2+I1Z1求得I1?！?變壓器的負載運行相量圖作圖步驟§3變壓器的負載運行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％）?！?變壓器的負載運行近似等效電路§3變壓器的負載運行簡化等效電路略去激滋電流（支路）常用于定性分析§3變壓器的負載運行簡化等效電路§4標么值標么值定義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(cè)各物理量應(yīng)采用不同基值§4標么值標么值定義§4標么值標么值的優(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(cè)分別采用了不同基值，且已包含有變比關(guān)系。3．采用標么值更能說明問題§4標么值標么值的優(yōu)點空載試驗 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§5參數(shù)測定方法空載試驗§5參數(shù)測定方法§5參數(shù)測定方法空載實驗測定激磁電阻rm和激磁電抗xm試驗可在高壓側(cè)測量也可在低壓側(cè)測量，視實際測量方便而定。如令高壓側(cè)開路，在低壓側(cè)進行測量，測得的數(shù)據(jù)是低壓側(cè)的值，計算的激磁阻抗也是歸算至低壓側(cè)的值。

§5參數(shù)測定方法空載實驗試驗可在高壓側(cè)測量也可在低壓側(cè)測量§5參數(shù)測定方法通過調(diào)壓器給變壓器供電，調(diào)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?？傻每蛰d特性曲線，u0=f(I0)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(yīng)調(diào)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?！?參數(shù)測定方法通過調(diào)壓器給變壓器供電，調(diào)壓器輸出電壓U1§5參數(shù)測定方法短路實驗計算參數(shù)rk和xk短路試驗應(yīng)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(cè)測量而把低壓側(cè)短路，也可在低壓側(cè)測量而把高壓側(cè)短路。二者測得的數(shù)值不同，用標么值計算則相同?！?參數(shù)測定方法短路實驗短路試驗應(yīng)降低電壓進行?？刂贫搪冯姟?參數(shù)測定方法試驗開始時應(yīng)注意調(diào)壓器輸出應(yīng)調(diào)到零，然后從0