變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)

關(guān)于變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)第一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3.1.1變壓器的基本工作原理及分類3.1.2變壓器的基本結(jié)構(gòu)3.1.3變壓器的型號與額定值3.1變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)第二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3.1.1變壓器的基本工作原理和分類電能機械能電能？？？電動機變壓器第三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日一、變壓器的基本工作原理問題:

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？第四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日變壓器就是按照“動電生磁，動磁生電”的電磁感應(yīng)原理制成的。一、變壓器的基本工作原理第五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日燈泡——將電能轉(zhuǎn)換成了光能第六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日

工作原理1、當(dāng)一次繞組接交流電壓后，就有勵磁電流i1流過，該電流在鐵心中可產(chǎn)生一個交變的主磁通Φ2、Ф在兩個繞組中分別產(chǎn)生感應(yīng)電勢e1和e2e1=－N1dФ/dt

e2=－N2dФ/dt第七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3、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——定義為變壓器的變比。即：U1/U2=N1/N2

=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(yīng)原理制成的。第八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日變壓器的外型和器身圖二、變壓器的分類第九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日電力變壓器的類別——用途分配電變壓器升壓變壓器降壓變壓器（一）電力變壓器第十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日試驗、儀用等變壓器(二)特種變壓器電力變壓器的類別——用途分電爐、整流變壓器第十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日電力變壓器類別-線圈數(shù)目分雙繞組變壓器，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，如分裂變壓器第十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日電力變壓器類別-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（大容量）干式變壓器

——能滿足特殊要求，如安全（小容量變壓器）充氣式變壓器——絕緣性能優(yōu)于油浸式（大容量）SF6第十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日干式變壓器油浸式變壓器電力變壓器類別-冷卻方式強迫油循環(huán)電力變壓器第十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日電力變壓器類別-相數(shù)單相變壓器三相變壓器第十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日電力變壓器類別-調(diào)壓方式有載調(diào)壓變壓器無載調(diào)壓變壓器第十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3.1.2電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)鐵芯繞組油箱和冷卻裝置絕緣套管保護裝置第十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日圖3.1.2油浸式電力變壓器第十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日一、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(dǎo)磁系數(shù)。鐵心柱鐵軛圖3.1.3變壓器的鐵芯平面第十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日●鐵芯結(jié)構(gòu)——心式、殼式心式——結(jié)構(gòu)簡單工藝簡單應(yīng)用廣泛殼式——結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用在小容量變壓器和電爐變壓器圖3.1.4鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖第二十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日●鐵芯的交疊裝配奇數(shù)層偶數(shù)層奇數(shù)層偶數(shù)層變壓器鐵心疊法，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圖3.1.6疊片式鐵世交錯的疊放方式第二十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日●變壓器鐵心柱橫截面

小型變壓器做成方形或者矩形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(chǎn)，節(jié)省工時油道圖3.1.7鐵芯柱截面第二十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日二、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——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和交疊式

第二十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日※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(fù)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。圖3.1.8殼式變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖第二十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日※芯式變壓器繞組和鐵芯的裝配示意圖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。圖3.1.9芯式變壓器的鐵芯和繞組的裝配示意圖第二十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日●繞組的基本型式——同心式※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，通常低壓繞組在里面，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第二十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日

繞組的基本型式——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3.1.9交疊式繞組第二十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日三、油箱和冷卻裝置變壓器油——冷卻、絕緣

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(fēng)扇吹風(fēng)或用自來水沖淋變壓器油箱第二十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日●油箱——

機械支撐、冷卻散熱、變壓器運行時產(chǎn)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(dāng)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。平板式——小容量排管式——較大容量散熱氣式——大容量強迫油循環(huán)——大容量氣體繼電器圖第二十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日●冷卻裝置

油泵——為了加快散熱，有的大型變壓器采用內(nèi)部油泵強迫油循環(huán)

風(fēng)扇——外部用變壓器風(fēng)扇吹風(fēng)自來水——沖淋變壓器油箱。這些都是變壓器的冷卻裝置。第三十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日四、絕緣套管

絕緣套管由中心導(dǎo)電桿與瓷套組成。導(dǎo)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。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套管外形常做成傘形，電壓越高、級數(shù)愈多。圖絕緣套管第三十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日五、保護裝置儲油柜——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。從而減緩了油的變質(zhì)。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安全氣道——（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。吸濕器——

（呼吸器）內(nèi)裝硅膠（活性氧休鋁），用以吸收進入儲油柜中空氣的水分凈油器——過濾油中雜質(zhì)，改善變壓器油的性能第三十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3.1.3變壓器的型號與額定值型號——可反映出變壓器的結(jié)構(gòu)、額定容量、電壓等級、冷卻方式等內(nèi)容例一：SL7—500/10低損耗三相油浸自冷雙繞組鋁線，額定容量500KVA，高壓側(cè)額定電壓10KV級電力變壓器例二：SFPL——63000/110三相強迫油循環(huán)風(fēng)冷雙繞組鋁線，額定容量63000KVA，高壓側(cè)額定電壓110KV級電力變壓器

此外，銘牌上還會給出三相聯(lián)結(jié)組以及相數(shù)m、阻抗電壓Uk、型號、運行方式、冷卻方式和重量等數(shù)據(jù)。

一、變壓器型號第三十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日二、變壓器的額定值額定容量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?cè)萘?。※由于效率高，原、副邊的額定容量設(shè)計得相等，與體積、用銅量有關(guān)。第三十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日額定電壓（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(cè)的電壓，

U2N—變壓器一次側(cè)加額定電壓，二次側(cè)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。額定頻率（HZ)—電力變壓器的額定頻率是50Hz效率、溫升

二、變壓器的額定值第三十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日額定值的關(guān)系單相變壓器三相變壓器第三十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日三、變壓器的發(fā)熱和冷卻

第三十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日變壓器的允許溫升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℃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變壓器的允許溫升第三十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日

？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？第三十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日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6.3—27KV升壓變壓器

發(fā)電機組降壓變壓器

配電變壓器10KV35KV66KV110KV220KV500KV10KV/0.4KV第四十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日為什么要高壓輸電？

電能從發(fā)電廠輸送到用戶。輸電線路電阻RX的損耗ΔpX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=UIcosф輸出電線上的功率損耗：ΔpX=I2RX=（P/Ucosφ）2ρL/S=C*1/U2Sρ-輸電線材料的電阻系數(shù)S-輸電線的截面積U-輸電線路負載端電壓C=P2ρL/cos2ф為常數(shù)

說明：若S一定.U升高，損耗ΔPX減少若ΔPX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。第四十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日知識要點1、

變壓器是按電磁感應(yīng)原理工作的靜止電氣設(shè)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(chǎn)中，變壓器還用于整流、電爐、電焊、調(diào)壓、測量與控制等很多方面。2、

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(guān)、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。

第四十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3.2單相變壓器的空載運行第四十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3.2.1空載運行時的電磁關(guān)系3.2.2空載電流和空載損耗3.2.3空載時的電動勢方程、等效電路和相量圖3.2單相變壓器的空載運行第四十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日單相變壓器的空載運行

空載——指一次繞組接到電源（初級1），二次繞組（次級2）開路。1電磁物理現(xiàn)象2 電磁量參考方向3 感應(yīng)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空載相量圖第四十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日●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(chǎn)生空載勵磁磁勢_____________→___產(chǎn)生主磁通3.2.1空載運行時的電磁關(guān)系一、空載運行時的物理情況第四十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日——主磁通流徑閉合鐵心，磁阻小，同時匝鏈了原邊和副邊繞組,并感應(yīng)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，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●磁通分為兩部分變壓器鐵心由高導(dǎo)磁材料硅鋼片制成（導(dǎo)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。第四十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日主磁能與漏磁通的區(qū)別：●在性質(zhì)上——磁路不同，因而磁阻不同。Φ0——同時交鏈一、二次繞組，路徑為沿鐵芯而閉合的磁路，磁阻較小，具有飽和特性，Φ0

與I0

呈非線性關(guān)系。Φ1δ——只交鏈一次繞組，它所經(jīng)的路徑大部分為非磁性物質(zhì)，磁阻較大，Φ1δ

與I0

呈線性關(guān)系，不具飽和特性?！裨谧饔蒙稀δ懿煌?。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——Φ0

＞99%

總磁通，Φ1δ

＜1%總磁通第四十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日變壓器空載時各電磁量間的關(guān)系第四十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日二、變壓器各電磁量參考方向的規(guī)定規(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。第五十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日二、變壓器各電磁量參考方向的規(guī)定一次繞組（負載）——按電動機慣例

——同方向與——符合右手螺旋定則與——同方向●

二次繞組（電源）——按發(fā)電機慣例

——與之間關(guān)系用右手螺旋定則確定

——與同方向

——與同方向例如正在增加，dФ/dt為正，e1＝－N1dФ/dt＜0為負，若外電路能使e1產(chǎn)生電流，其電流方向必與i0正方向相反，該電流產(chǎn)生磁通Ф0′，與Ф0方向相反，起阻止Ф0增加的作用，即符合楞次定律第五十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日三、感應(yīng)電動勢分析1、主磁通感應(yīng)電動勢分析若u1隨時間按正弦規(guī)律變化，則φ0

也按正弦規(guī)律變化，設(shè)：

第五十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日主磁通與感應(yīng)電勢的關(guān)系（a)波形圖（b)向量圖磁通與電動勢之間的關(guān)系圖形結(jié)論：●φ0

為正弦波時，e也為正弦波●

e滯后φ0

相位900０第五十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日電動勢有效值、相量表示法有效值相量第五十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日2、漏磁通感應(yīng)的電動勢推倒方法同上：

●結(jié)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)，X1不隨電源電壓U1和負載變化第五十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3.2.2空載電流和空載損耗一、空載電流●空載電流主要作用是在鐵心中建立磁場，產(chǎn)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(guān)系，服從與鐵磁材料的磁化曲線Φ=f(i)磁化曲線第五十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日1、空載電流的作用與組成空載電流包含兩個分量

——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，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第五十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日2、空載電流的性質(zhì)和大小性質(zhì)——通常，Ior>>Ioa，U1與Io之間相位角Φ0接近90°

Io≈Ior

空載電流可近似為感性大小——與導(dǎo)磁材料有關(guān)

一般變壓器——I0%=（2~10）%

大容量變壓器——I0%＜1%

容量越大——I0%越小第五十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3、空載電流波形●I0——受磁路飽和影響，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第五十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日二、空載損耗變壓器空載運行時，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●PFe的求取

※測試法（空載試驗）

※計算法PFe∝B2mf1.3●P0≈(0.2%~1%)SN

容量越大，空載損耗越小第六十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日分析變壓器內(nèi)部電磁關(guān)系的方法1、基本方程式——電磁關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式2、等效電路圖——應(yīng)用于定量計算3、相量圖——應(yīng)用于定性分析3.2.3空載時的電動勢方程、等效電路和相量圖第六十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日1、電動勢平衡方程●一次側(cè)影響φm（主磁通幅值）因素1、電源

U1

、f2、結(jié)構(gòu)

N1一、電動勢平衡方程和變比第六十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日1、電動勢平衡方程二次側(cè)（I2=0）綜上所述可得:※忽略電阻壓降和漏磁電勢，則U1≈E1＝4.44fN1m。m∝U1即：當(dāng)外施電壓U1為定值，主磁通m也為一定值※影響φm（主磁通幅值）因素

1、電源

U1

、f

2

、結(jié)構(gòu)

N1第六十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日思考題問題：一臺結(jié)構(gòu)已定的變壓器當(dāng)外施電壓為已知，需要電源提供多大的勵磁電流呢?勵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)，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：有功分量（供鐵損）和無功分量（產(chǎn)生Φ0）第六十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日2、電壓變比變比——一次繞組與二次繞組主電動勢之比。電壓變比k

決定于一、二次繞組匝數(shù)比。略去電阻壓降和漏磁電勢

※三相變壓器：K為一、二次側(cè)相電動勢（電壓）之比第六十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日二、空載時的等效電路和相量圖1、空載時的等效電路等效電路——將運行中的變壓器的電和磁之間的相互關(guān)系用一個模擬電路的型式來等效●漏抗電路模型X1表示漏磁通對電路的影響，近似為常數(shù)第六十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日●勵磁特性的電路模型強調(diào)：Rm—勵磁電阻，并非實質(zhì)電阻、是為計算鐵損耗引進的模擬電阻。Xm—勵磁電抗，是主磁通Φ引起的電抗Zm—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看成常數(shù)。第六十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日●空載時等效電路※

一次繞組電動勢平衡方程※

因R1＜＜Rm,X1＜＜Xm

略Z1，則I0大小取決天Zm

等效電路圖只有Zm變壓器采用高導(dǎo)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)第六十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日2、空載時相量圖空載時基本方程式Φm

（參考方向）E1

滯后Φm

90度

E1與U20方向一致I0超前Φm

一個角度U1第六十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日結(jié)論由可知，Φm的大小同外施電壓、頻率、一次繞組匝數(shù)決定空載電流I0與Φm、N1、Zm有關(guān)，I0隨磁路的飽和而急劇增加，導(dǎo)磁性能越好（μ越大），空載電流就越小Xm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，Xm越大，導(dǎo)磁性能越好，I0越小第七十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日思考題問題:

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)生一些什么異常現(xiàn)象？●答案：由于U20≈4.44fN2Φm

U20由220伏變到380伏，增加了倍，則主磁通Φm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。第七十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日作業(yè)P1213.93.10

下次課內(nèi)容——單相變壓器的負載運行本節(jié)重點——各參數(shù)的物理意義及相互間關(guān)系（基本方程式）第七十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3.3節(jié)～3.5節(jié)3.3單相變壓器的負載運行3.4變壓器參數(shù)的測定3.5標么值第七十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3.3單相變壓器的負載運行3.3.1負載運行時的電磁關(guān)系3.3.2負載運行時的基本方程式3.3.3變壓器的等效電路圖及相量圖第七十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3.3.1負載運行時的電磁關(guān)系

負載運行——是指一側(cè)繞組接額定頻率、額定電壓的電源上，另一側(cè)繞組接負載的運行狀態(tài)。第七十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日二次繞組電流的影響●帶負載——一次側(cè)接電源ú1，二次側(cè)接負載ZL，此時二次側(cè)流過電流i2。一次側(cè)電流不再是i0，而是變?yōu)閕1。●負載后——二次側(cè)電流產(chǎn)生磁勢F2=N2i2，該磁勢將力圖改變磁通Φ0，而磁通是由電源電壓決定的，也就是說Φ0基本不變?！褚S持Φ0不變，一次繞組產(chǎn)生一個附加電流i1L→i1L

→產(chǎn)生磁勢N1i1L=N2i2（與二次磁動勢相抵消）●一次電流變?yōu)閕1=i0+i1L●總磁勢

F1+F2=N1i1+N2i2→產(chǎn)生Φ0第七十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日變壓器負載時各電磁量之間的關(guān)系第七十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3.3.2變壓器運行時的基本方程式一、磁動勢平衡方程式

F1+F2=F0

N1i1+N2i2=i0N1i1=i0＋(-i2/k)=i0+i1L

變比：K=N1/N2

●i1L=-i2/k為一次側(cè)增加的負載分量電流。

i1L+i2/k=0●負載后，一次側(cè)繞組中的電流由兩個分量組成，一個是負載分量i1L，另一個是產(chǎn)生磁通的勵磁分量i0，i1L產(chǎn)生的磁勢與二次側(cè)電流產(chǎn)生的磁勢大小相等,方向相反,互相抵消?！穸蝹?cè)電流增加或減少的同時必然引起一次側(cè)電流的增加右減少`第七十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日一、二次側(cè)電流與匝數(shù)之間的關(guān)系

在滿載時，I0只占I1L的（2－8）％，固可將

I0忽略，則

i1=i0＋(-i2/k)≈-i2/k

I1/I2≈N2/N1●

一、二次側(cè)電流之比與匝數(shù)之比成反比●改變一、二次側(cè)匝數(shù)不僅能變壓，而且能變電流第七十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日二、電動勢平衡方程一次側(cè)

U1=-E1-E1δ+i1R1

=-E1+i1(R1+jX1)=-E1+i1Z1

●二次側(cè)

U2=E2+E2δ-i2R2

=E2-i2(R2+jX2)=E2-i2Z2第八十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日負載運行時基本方程式組第八十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3.3.3變壓器的等效電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(nèi)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第八十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日一、折算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的變壓器但不改變其電磁效應(yīng)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。原則——折算不改變實際變壓器內(nèi)部的電磁平衡關(guān)系。即：1）保持二次磁動勢F2不變

2）保持二次側(cè)各功率（或損耗）不變下面以二次側(cè)折算到一次側(cè)為例第八十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日折算方法——二次側(cè)各量折算到一次側(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第八十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日1、二次電流的歸算值——I`2物理意義：當(dāng)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(yīng)保持不變第八十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日2、二次電動勢的折算值——E`2歸算前后二次側(cè)電磁功率應(yīng)不變

E2I2＝E2I2

則：同理：E`2δ=KE2δ物理意義：當(dāng)用N2=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(yīng)增加k倍第八十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3、二次漏阻抗的折算值——R`2和X`2

※

二次電阻值的折算——R`2折算前后銅耗應(yīng)保持不變物理意義：當(dāng)用N2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(yīng)減到原來的l／k倍，故折算后的二次電阻應(yīng)增加到原來的k2倍。（繞組本身沒有變化）第八十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日※二次漏電抗的折算值——X`2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。第八十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日4、二次電壓的折算值——U`2物理意義：當(dāng)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，折算后的二次電壓應(yīng)增加k倍第八十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日5、負載阻抗的折算值——Z`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(yīng)增加到k2倍。第九十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日折算后變壓器負載運行時的基本方程式第九十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日二、等效電路1、“T”形等效電路第九十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日2、“г”形等效電路變壓器近似等效電路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載運行的某些問題，如二次側(cè)電壓變化并聯(lián)運行的負載分配等第九十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3、簡化等效電路短路電阻RS=R1+R`2短路電抗XS=X1+X`2短路阻抗ZS=RS+jXS結(jié)論：1、短路阻抗等于一、二次漏阻抗之和，ZS很小，且為常數(shù)2、當(dāng)變壓器穩(wěn)定短路時，短路電流IS=U1/ZS=（10~20）IN3、ZS起限制直到限制短路電流的作用注意簡化的近似假設(shè)略去勵滋電流（支路）常用于定性分析第九十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日三、負載時的相量圖圖3.3.6感性負載時變壓器的相量圖第九十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日作業(yè)P1213.153.16本節(jié)知識點1、負載運行時各參數(shù)的物理意義及特點2、基本方程式下面內(nèi)容——變壓器的參數(shù)測定及標么值第九十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3.4.1空載試驗

——求取Rm、Xm、I0、P0（PFe）、k3.4.2短路試驗

——求取RK、XK、UK、pcu

3.4變壓器參數(shù)的測定參數(shù)確定方法：1、計算法——設(shè)計時采用2、試驗法——空載、短路試驗（已制造好的變壓器）第九十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日3.4.1空載試驗

——一般在低壓側(cè)做（安全，便于計量）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，計算的勵磁阻抗也是歸算至低壓側(cè)的值。第九十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日空載特性曲線

——

P0（I0）=f(U1)通過調(diào)壓器給變壓器供電，調(diào)壓器輸出電壓U1,從1.2UN到0.3UN取8--9點，每點均測出P0、I0、U20

，可得空載特性曲線空載試驗時電壓較高，電流較小故電流要精確測量，接線圖中電流表中流過的電流為實際空載電流第九十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日空載試驗參數(shù)計算勵磁參數(shù)值（Zm)和鐵損PFe（P0）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(yīng)調(diào)整外施電壓等于額定電壓。令U1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。(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(cè)，則乘K2即可第一百頁，共一百一十頁，2022年，8月28日短路試驗應(yīng)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(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。3.4.2短路試驗

——一般在高壓側(cè)做（安全，方便）第一百零一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日短路特性曲線

——PS(IS)=f(US)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IS≈1.3I1N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)US

，IS，從1.3I1N到0.5I1N測