变压器教学.pptx

2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器1 1学习目标学习目标n熟悉变压器的作用、基本结构及工作原理熟悉变压器的作用、基本结构及工作原理 n掌握变压器的运行原理、等效电路及平衡方程式掌握变压器的运行原理、等效电路及平衡方程式n熟悉变压器空载和短路试验的目的、线路、试验方法熟悉变压器空载和短路试验的目的、线路、试验方法和技巧和技巧n掌握变压器同名端的判定方法及三相变压器连接组别掌握变压器同名端的判定方法及三相变压器连接组别和时钟表示法的判定和时钟表示法的判定n了解自耦变压器、电流互感器、电压互感器的特点及了解自耦变压器、电流互感器、电压互感器的特点及使用注意事项使用注意事项2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器2 2n一种静止的电机将一种电压的电能转换为另一种电压一种静止的电机将一种电压的电能转换为另一种电压的电能。的电能。n用途分类：用途分类：u电力变压器，电力系统传输电能电力变压器，电力系统传输电能u电炉变压器，专给炼钢炉供电电炉变压器，专给炼钢炉供电u整流变压器，直流电力机车供电整流变压器，直流电力机车供电u仪用变压器、控制变压器仪用变压器、控制变压器u无线电变压器，仅传输信号。无线电变压器，仅传输信号。3.1 3.1 变压器的分类、基本结构、额定值变压器的分类、基本结构、额定值一、变压器的分类一、变压器的分类2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器3 3电力变压器电力变压器n变压器的总容量大致相当于发电机容量的三倍。变压器的总容量大致相当于发电机容量的三倍。输电输电过程过程中，通常将电压升高，通过高压输电线传送到远中，通常将电压升高，通过高压输电线传送到远方的城市，经过降压变压器降为方的城市，经过降压变压器降为10kv10kv电压，再经过配电压，再经过配电降压变压器分配给用户。电降压变压器分配给用户。n输送同样的功率，电压低则电流大，一方面由于大电输送同样的功率，电压低则电流大，一方面由于大电流在输电线路上引起损耗，另一方面大电流在线路阻流在输电线路上引起损耗，另一方面大电流在线路阻抗上产生大的压降，受电端电压很低，电能传送不出抗上产生大的压降，受电端电压很低，电能传送不出去。去。只有高电压能将电能输送到远方只有高电压能将电能输送到远方。2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器4 4（中间一般要经过（中间一般要经过4 45 5次，次，甚至是甚至是8 89 9次变压器的升次变压器的升降压）降压）电能电能输电输电用户用户升压升压降压、分配降压、分配2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器5 5配电变压器配电变压器输电变压器输电变压器2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器6 6变压器类别变压器类别-变压方式变压方式n升压变压器升压变压器升高电压的变压器升高电压的变压器n降压变压器降压变压器降低电压的变压器降低电压的变压器n特殊变压器特殊变压器 ，如试验用高压变压器、电炉用变压器、，如试验用高压变压器、电炉用变压器、电焊用变压器、晶闸管线路中的变压器、用于测量电焊用变压器、晶闸管线路中的变压器、用于测量仪表的电压互感器和电流互感器等等仪表的电压互感器和电流互感器等等 2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器7 7变压器类别变压器类别-线圈数目线圈数目n双绕组变压器，在铁芯中有两个绕组，一个为初级绕双绕组变压器，在铁芯中有两个绕组，一个为初级绕组，一个为次级绕组组，一个为次级绕组 n自耦变压器，初级、次级绕组合为一个自耦变压器，初级、次级绕组合为一个 n三绕组变压器，三个绕组连接三种不同电压的线路三绕组变压器，三个绕组连接三种不同电压的线路n多绕组变压器，如分裂变压器多绕组变压器，如分裂变压器2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器8 8变压器类别变压器类别-冷却方式冷却方式n油浸式变压器油浸式变压器铁芯和绕组都一起浸入灌满了变压铁芯和绕组都一起浸入灌满了变压器油的油箱中，可以加强绝缘和改善冷却散热条件器油的油箱中，可以加强绝缘和改善冷却散热条件n干式变压器干式变压器 ，能满足特殊要求，如安全，能满足特殊要求，如安全n油浸风冷变压器、强迫油循环变压器、充气式变压器油浸风冷变压器、强迫油循环变压器、充气式变压器等等 2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器9 9变压器类别变压器类别-相数相数n单相变压器单相变压器n三相变压器三相变压器2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器1010二、电力变压器的基本结构二、电力变压器的基本结构n基本结构：油浸式变压器的主要结构部件：铁心、绕基本结构：油浸式变压器的主要结构部件：铁心、绕组、油箱、绝缘套管等。组、油箱、绝缘套管等。2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器1111（一）铁心（一）铁心 由心柱和铁轭两部分组成，心柱用来套装绕组，铁由心柱和铁轭两部分组成，心柱用来套装绕组，铁轭将心柱连接轭将心柱连接 起来，使之形成闭合磁路为减少铁心起来，使之形成闭合磁路为减少铁心损耗，铁心用厚损耗，铁心用厚0.300.300.50mm0.50mm的硅钢片叠成，片上涂的硅钢片叠成，片上涂以绝缘漆，以避免片间短路。以绝缘漆，以避免片间短路。心柱心柱铁轭铁轭2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器12121 1、心式、心式 心柱被绕组所包围心柱被绕组所包围心式结构的绕组和绝缘装配比较容易，所以电心式结构的绕组和绝缘装配比较容易，所以电力变压器常常采用这种结构。力变压器常常采用这种结构。特点特点2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器1313铁心包围绕组的顶面、底面和侧面。铁心包围绕组的顶面、底面和侧面。壳式变压器的机械强度较好，常用于低压、壳式变压器的机械强度较好，常用于低压、大电流的变压器或小容量电讯变压器。大电流的变压器或小容量电讯变压器。特点特点2 2、壳式、壳式2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器1414（二）绕组（二）绕组n定义：变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线定义：变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成。或圆线绕成。n一次绕组一次绕组输入电能的绕组输入电能的绕组n二次绕组二次绕组输出电能的绕组输出电能的绕组n同异点：一次和二次绕组具有不同的匝数、电压和电同异点：一次和二次绕组具有不同的匝数、电压和电流，其中电压较高的绕组称为高压绕组，电压较低的流，其中电压较高的绕组称为高压绕组，电压较低的称为低压绕组。称为低压绕组。2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器1515从高低压绕组的相对位置来看，变压器绕组可以分为同从高低压绕组的相对位置来看，变压器绕组可以分为同心式和交叠式两类。心式和交叠式两类。n同心式：高低压绕组同心的套在铁心柱上。为了便于同心式：高低压绕组同心的套在铁心柱上。为了便于与铁心绝缘，一般低压绕组在里面高压绕组在外面。与铁心绝缘，一般低压绕组在里面高压绕组在外面。n交叠式：交叠式：又称饼式，将高压绕组及低压绕组分成若干又称饼式，将高压绕组及低压绕组分成若干个线饼，沿着铁心柱的高度交替排列着。为了便于绝个线饼，沿着铁心柱的高度交替排列着。为了便于绝缘，最上层和最下层安放低压绕组。缘，最上层和最下层安放低压绕组。2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器1616（三）油箱（三）油箱n油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷却介质，又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子却介质，又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。（散热器或冷却器）。n机械支撑、冷却散热机械支撑、冷却散热当变压器出现故障时，产当变压器出现故障时，产生的热量使变压器油汽化，生的热量使变压器油汽化，气体继电器动作，发出报气体继电器动作，发出报警信号或切断电源。警信号或切断电源。如果事故严重，变压器油如果事故严重，变压器油大量汽化，油气冲破安全大量汽化，油气冲破安全气道管口的密封玻璃，冲气道管口的密封玻璃，冲出变压器油箱，避免油箱出变压器油箱，避免油箱爆裂。爆裂。2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器1717（四）绝缘套管（四）绝缘套管n将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘，将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘，担负着固定的作用。（瓷质）担负着固定的作用。（瓷质）n套管外形常做成伞形，电压愈高、级数愈多。套管外形常做成伞形，电压愈高、级数愈多。2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器1818聚氨酯绝缘变压器套管聚氨酯绝缘变压器套管 2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器1919 变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的两个绕组。两变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。势。只要一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变压的目的。只要一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变压的目的。变压器简单工作原理变压器简单工作原理2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器2020三、变压器的额定值三、变压器的额定值1 1、额定容量、额定容量S SN N：额定视在功率：额定视在功率 SUIu双绕组变压器，一、二次侧额定容量双绕组变压器，一、二次侧额定容量S S1N1N=S=S2N 2N；u三绕组变压器三侧容量不一定相等。三绕组变压器三侧容量不一定相等。u三相变压器指三相的总容量。三相变压器指三相的总容量。u单位：单位：VAVA、KVAKVA、MVAMVA。l容量在容量在630kVA630kVA以下的为小型电力变压器；以下的为小型电力变压器；l8006300kVA8006300kVA的为中型电力变压器；的为中型电力变压器；l800063000kVA800063000kVA为大型电力变压器；为大型电力变压器；l90000kVA90000kVA及以上的为特大型电力变压器。及以上的为特大型电力变压器。2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器21212 2、额定电压、额定电压U UN N一次侧额定电压一次侧额定电压U U1N1N：根据变压器的绝缘强度和允许根据变压器的绝缘强度和允许发热等条件规定发热等条件规定二次侧额定电压二次侧额定电压U U2N2N：一次侧外加额定电压：一次侧外加额定电压U U1N1N时的二时的二次侧次侧空载电压空载电压。n额定电压均额定电压均指指线电压线电压。u单位：单位：V V、KVKV2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器22224 4、额定频率、额定频率f fN N：我国规定为：我国规定为50HZ50HZ。n单相变压器单相变压器n三相变压器三相变压器3 3、额定电流、额定电流I IN N：一次侧额定电流：一次侧额定电流I I1N1N，二次侧额定电流，二次侧额定电流I I2N2N。u额定电流均额定电流均指指线电流线电流。u单位：单位：A A2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器2323了解了解：变压器铭牌数据变压器铭牌数据正确地使用变压器的依据正确地使用变压器的依据 n每台变压器都有一铭牌，上面标注着型号、额定值及每台变压器都有一铭牌，上面标注着型号、额定值及其它数据，便于用户了解变压器的运行性能。其它数据，便于用户了解变压器的运行性能。电力变压器电力变压器产品型号产品型号 SL7315/10 产品编号产品编号 额定容量额定容量 315kVA 使用条件使用条件 户外式户外式额定电压额定电压 10000/400V 冷却条件冷却条件 ONAN额定电流额定电流 18.2/454.7A 短路电压短路电压 4%额定频率额定频率 50 Hz 器身吊重器身吊重 765kg相相 数数 三相三相 油油 重重 380kg联接组别联接组别 Yyno 总总 重重 1525kg制制 造造 厂厂 生产日期生产日期 图图 电力变压器铭牌示意图电力变压器铭牌示意图2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器2424型号说明型号说明SL7-630/10SL7-630/10三相变压器三相变压器铝导线铝导线设计序号设计序号额定容量为额定容量为630kVA高压绕组额定电压为高压绕组额定电压为10kV2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器2525 注意下面几个公式：注意下面几个公式：n对于三相对称电路，无论何种接法：对于三相对称电路，无论何种接法：2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器2626A2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器27273-2 变压器的空载运行变压器的空载运行电磁关系电磁关系图图3-7 3-7 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行N1N22024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器2828一、空载运行时的物理情况一、空载运行时的物理情况nN N1 1、N N2 2分别为原、副绕组匝数；分别为原、副绕组匝数；U U1 1为电源电压；为电源电压；i i0 0为原边空为原边空载电流；载电流；0 0、1 1分别为主磁通和漏磁通；分别为主磁通和漏磁通；ne e1 1、e e1 1、e e2 2分别为原边感应电势、漏感电势和副边感应电分别为原边感应电势、漏感电势和副边感应电势；势；u u2 2为副边空载电压。为副边空载电压。1u2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器2929 主磁通与漏磁通的区别主磁通与漏磁通的区别1.1.性质：性质：0 0与与i i0 0成非线性关系；成非线性关系；1 1与与i i0 0成线性关系；成线性关系；2.2.路径：路径：0 0流径闭合铁心，磁阻小，同时匝链了原边和流径闭合铁心，磁阻小，同时匝链了原边和副边绕组副边绕组,并感应出电势并感应出电势e e1 1和和e e2 2；11与原边绕组匝链，与原边绕组匝链，通过变压器油或空气形成闭路，磁阻大。通过变压器油或空气形成闭路，磁阻大。N1N22024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器30303.3.作用：作用：0 0起传递能量的作用，起传递能量的作用，1 1起漏抗压降作用。起漏抗压降作用。4.4.数量：变压器铁心由高导磁材料硅钢片制成（导磁数量：变压器铁心由高导磁材料硅钢片制成（导磁系数系数200020000 0)，大部分磁通都在铁心中流动，大部分磁通都在铁心中流动，0 0约占总磁通的约占总磁通的9999强，强，1 1占总磁通的占总磁通的1 1弱。弱。N1N22024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器3131二、二、变压器各电磁量正方向变压器各电磁量正方向n变压器中的电压、电流、磁通和感应电势的大小和方变压器中的电压、电流、磁通和感应电势的大小和方向都是随时间变化的，正方向原则是可以任意选择的，向都是随时间变化的，正方向原则是可以任意选择的，但变压器内部电磁规律却是一定的，表示电磁规律的但变压器内部电磁规律却是一定的，表示电磁规律的方程式必须与选定的正方向相配合。方程式必须与选定的正方向相配合。2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器3232n电路中（强调）：电路中（强调）：1.1.在同一支路内，电压降在同一支路内，电压降u u的正方向与电流的正方向与电流i i的正方向一的正方向一致；致；2.2.磁通磁通的正方向与电流的正方向与电流i i的正方向之间遵循右手螺旋的正方向之间遵循右手螺旋定则；定则；3.3.磁通磁通的正方向与它所感生的感应电势的正方向与它所感生的感应电势e e正方向之间正方向之间遵循右手螺旋定则。遵循右手螺旋定则。2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器33331.1.一次侧：电动机惯例一次侧：电动机惯例 i i0 0按按u u1 1正向流入一次侧正向流入一次侧2.2.二次侧：发电机惯例二次侧：发电机惯例 i i2 2与与u u2 2方向相同方向相同3.3.i i、交链，交链，与与i i成右手关系；成右手关系；感应感应e e，e e与与 成右手关成右手关系。系。e e1 1=-N=-N1 1d d/d dt t e e2 2=-N=-N2 2d d/d dt t e e11=-N N1 1dd1 1/dt/dt e e与与i i同方向：同方向：e e1 1与与i i0 0同方向；同方向；e e2 2与与i i2 2同方向。同方向。2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器3434 完整的变压器空载电磁关系完整的变压器空载电磁关系2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器3535三、感应电动势分析三、感应电动势分析1 1、主磁通感应的电动势、主磁通感应的电动势主电动势主电动势设设则则有效值有效值相量相量当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动势也按当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通9090。E E1 1 f f、N N1 1、m m2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器3636同理同理,可得副边感应电势可得副边感应电势:相量相量2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器37372 2、漏磁通感应的电动势、漏磁通感应的电动势漏电动势漏电动势n根据主电动势的分析方法，有根据主电动势的分析方法，有n 漏电动势也可以用漏抗压降表示，即漏电动势也可以用漏抗压降表示，即漏电抗漏电抗漏电感漏电感2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器38381 1主要经过非铁磁路径，磁路不饱和，故磁阻很大且主要经过非铁磁路径，磁路不饱和，故磁阻很大且为常数为常数漏电抗漏电抗X X1 1很小且为常数，它不随电源电压负载情况而变很小且为常数，它不随电源电压负载情况而变。变压器制成后，匝数变压器制成后，匝数N N1 1确定，确定，f f确定确定漏电抗漏电抗X X1 1主要取决于主要取决于1 1磁导磁导2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器3939四、电压平衡方程、变比四、电压平衡方程、变比1 1、电压方程、电压方程漏阻抗漏阻抗一次侧一次侧2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器4040 请注意：请注意：“电压决定磁通电压决定磁通”n对电力变压器，对电力变压器，Z Z1 1很小，产生的漏阻抗的压降很小，产生的漏阻抗的压降I I0 0Z Z1 1很小很小nU U1 1E E1 1 or or 1 1 1 1nUU1 1、E E1 1大小相等，方向相反。有的把大小相等，方向相反。有的把E E1 1称为反电势。称为反电势。电压决定磁通电压决定磁通2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器41412、变比、变比n当当k1k1为降压变压器；为降压变压器；k1k1为升压变压器。为升压变压器。n对于三相变压器变比对于三相变压器变比k k是指原、副绕组的相电势是指原、副绕组的相电势(或相或相电压电压)之比。之比。忽略原绕组内阻忽略原绕组内阻R R1 1和原边漏磁通和原边漏磁通1 1一次侧电压一次侧电压U U1 1EE1 1；U U2020=E=E2 22024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器4242例：一台三相变压器，例：一台三相变压器，Yd连接，连接，U1N/U2N=35/6.3kV，求变压器变比求变压器变比n解：解：例：若一次侧加额定电压例：若一次侧加额定电压U1N，此时二次侧空载电压，此时二次侧空载电压U2定义为二次侧额定电压定义为二次侧额定电压U2N，则变比为：，则变比为：n解：解：2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器4343五、变压器的空载电流五、变压器的空载电流1.空载电流波形空载电流波形n问题：因为电源电压问题：因为电源电压 1 1为正弦交流电，所以在单相变为正弦交流电，所以在单相变压器中压器中 1 1和和也是按正弦规律变化的。但变压器磁路也是按正弦规律变化的。但变压器磁路是由铁磁材料组成的，是非线性磁路。在非线性磁是由铁磁材料组成的，是非线性磁路。在非线性磁路中铁磁材料具有饱和现象，所以当主磁通为正弦路中铁磁材料具有饱和现象，所以当主磁通为正弦变化，空载电流变化，空载电流i i0 0应如何变化呢？应如何变化呢？2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器4444（1）当）当Bm1.3T，磁路末饱和状态，磁路末饱和状态n磁化曲线磁化曲线 f(i)f(i)呈线性，导磁率是常数。呈线性，导磁率是常数。n当当 按正弦变化，按正弦变化，i i亦按正弦变化。亦按正弦变化。2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器4545（2 2）B Bm m1.4T1.4T1.73T1.73T，磁路饱和，磁路饱和n f(i)f(i)呈非线性呈非线性,随随i i增大导磁率逐渐变小。增大导磁率逐渐变小。n磁通为正弦波，磁通为正弦波，i i为尖顶波，尖顶的大小取决于饱和程度。为尖顶波，尖顶的大小取决于饱和程度。2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器4646波形分析波形分析n对尖顶波进行波形分析，除基波分量外，包含有各奇对尖顶波进行波形分析，除基波分量外，包含有各奇次谐波。其中以次谐波。其中以3 3次谐波幅值最大。次谐波幅值最大。n用等效正弦波电流替代实际尖顶波电流。等效原则：用等效正弦波电流替代实际尖顶波电流。等效原则：令等效正弦波与尖顶波有相同的有效值，与尖顶波的令等效正弦波与尖顶波有相同的有效值，与尖顶波的基波分量有相同频率且同相位。基波分量有相同频率且同相位。、i iUP PUIcos90UIcos90电流为无功电流电流为无功电流2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器47472 2、激磁电流、激磁电流(励磁电流励磁电流)成分成分n产生主磁通所需的电流叫产生主磁通所需的电流叫励磁励磁电流，用电流，用i im m表示，空载表示，空载时时i i0 0全部用以产生主磁通即：全部用以产生主磁通即：空载电流空载电流励磁分量，建立磁场，产生主磁通励磁分量，建立磁场，产生主磁通无功分量无功分量铁耗分量，供变压器铁心损耗铁耗分量，供变压器铁心损耗有功分量有功分量2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器48482、变压器空载运行时相量图、变压器空载运行时相量图铁耗角铁耗角I I不再与不再与同相位同相位图图 3-9 p1242024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器49493、空载等效电路、空载等效电路n变压器中既有电路、磁路问题，又有电与磁之间相互变压器中既有电路、磁路问题，又有电与磁之间相互联系问题。为了分析问题方便，在不改变变压器电磁联系问题。为了分析问题方便，在不改变变压器电磁关系条件下，工程上常用一个线性电路来代替变压器关系条件下，工程上常用一个线性电路来代替变压器这种复杂的电磁关系，这个线性电路就称为等值电路。这种复杂的电磁关系，这个线性电路就称为等值电路。n纯电路表示电磁问题纯电路表示电磁问题2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器5050n变压器空载时，原绕组可看成是一个带铁心的电感线变压器空载时，原绕组可看成是一个带铁心的电感线圈，从圈，从AXAX看进去其等值阻抗看进去其等值阻抗:等值电路推导等值电路推导Z Zm m 励磁阻抗；励磁阻抗；R Rm m 励磁电阻，表示铁耗；励磁电阻，表示铁耗；p pFeFe=I=I0 02 2R Rm mX Xm m 励磁电抗，表示铁芯中主磁通产生的电抗。励磁电抗，表示铁芯中主磁通产生的电抗。2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器51512024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器52521.1.问题：问题：R Rm m与与X Xm m随铁心的饱和程度增高而减小的原因随铁心的饱和程度增高而减小的原因?n当当f f一定，一定，U U1 1升高时，由于原绕组漏阻抗压降不大，升高时，由于原绕组漏阻抗压降不大，E E1 1近似随近似随U U1 1成正比增大，成正比增大，铁心饱和程度上升而使励磁电铁心饱和程度上升而使励磁电导下降导下降，故，故X Xm m减小减小；励磁阻抗励磁阻抗X Xm m=2=2fNfN1 12 2m mn铁心饱和程度铁心饱和程度m mX Xm m2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器5353n主磁通增加主磁通增加,B,Bm m增加，使铁耗增加，但增加，使铁耗增加，但铁耗增加的速度铁耗增加的速度比不上比不上I I2 2m m增大的速度增大的速度，故，故励磁电阻励磁电阻R Rm m将将变小变小。i in饱和程度饱和程度m m B Bm mppFeFe=HdB=HdBnm mi im m(i(i0 0)pFe=I02Rm饱和时饱和时I I0 0比比增加快，增加快，U U1 1，I I0 0比比U U1 1增加快增加快Z Zm m随随U U1 1减小。减小。or or 这样解释这样解释2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器54543.3.由于由于 ，所以有时忽略漏阻抗，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只是一个空载等效电路只是一个Z Zm m元件的电路。元件的电路。2.2.由于磁路具有饱和特性，所以不是常数，随磁路饱和程由于磁路具有饱和特性，所以不是常数，随磁路饱和程度增大而减小。度增大而减小。但实际上，电源电压可近似认为稳定，但实际上，电源电压可近似认为稳定，故励磁参数也可近似认为常数。故励磁参数也可近似认为常数。在在U U1 1一定的情况下，一定的情况下，I I0 0大小取决于大小取决于Z Zm m的大小。从运行角度的大小。从运行角度讲，希望讲，希望I I0 0越小越好，所以变压器常采用高导磁材料，增越小越好，所以变压器常采用高导磁材料，增大大Z Zm m，减小，减小I I0 0，提高运行效率和功率因数。，提高运行效率和功率因数。X Xm m=2=2fNfN1 12 2m m2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器5555 磁化电抗和铁耗电阻磁化电抗和铁耗电阻磁化电抗磁化电抗主磁路磁导主磁路磁导铁心线圈磁化电感铁心线圈磁化电感m m-11 2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器5656铁耗电阻铁耗电阻结合结合m m-11 FeFe有功电流有功电流2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器5757na a）nb b）2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器5858六、铁心中的磁滞和涡流损耗六、铁心中的磁滞和涡流损耗n磁滞损耗与电源频率和铁心材料的磁滞回线面积有关，磁滞损耗与电源频率和铁心材料的磁滞回线面积有关，磁滞回线面积又与铁心中最大磁密的平方成正比。磁滞回线面积又与铁心中最大磁密的平方成正比。n涡流损耗是交流磁场在铁心内部感应的涡流所引起的涡流损耗是交流磁场在铁心内部感应的涡流所引起的损耗。损耗。n铁心中的铁耗铁心中的铁耗（包括磁滞和涡流损耗）（包括磁滞和涡流损耗）2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器5959u变压器空载时，一次侧从电源吸收少量的有功功率变压器空载时，一次侧从电源吸收少量的有功功率P P0 0，用来供给铁损，用来供给铁损p pFeFe和绕组铜损和绕组铜损I I0 02 2R R1 1。由于。由于I I0 0和和R R1 1均很均很小，所以小，所以p p0 0ppFeFe，即空载损耗近似等于铁损。，即空载损耗近似等于铁损。u对于已制成变压器，铁损与磁通密度幅值的平方成正对于已制成变压器，铁损与磁通密度幅值的平方成正比，与电流频率的比，与电流频率的1.31.3次方成正比，即次方成正比，即2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器6060l空载损耗约占额定容量的空载损耗约占额定容量的0.2%0.2%1%1%，而且随变压器容，而且随变压器容量的增大而下降。为减少空载损耗，改进设计结构的量的增大而下降。为减少空载损耗，改进设计结构的方向是采用优质铁磁材料：优质硅钢片、激光化硅钢方向是采用优质铁磁材料：优质硅钢片、激光化硅钢片或应用非晶态合金。片或应用非晶态合金。H HB B2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器6161*变压器空载运行时相量图变压器空载运行时相量图2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器6262小结小结（1 1）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡,若忽若忽略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定。略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定。（2 2）主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，）主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。（3 3）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。空载电流心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。空载电流I I0 0主要是主要是无功性质。无功性质。2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器6363（4 4）电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的电流的比）电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的电流的比值，线性磁路中，电抗为常数，非线性电路中，电抗的大小随值，线性磁路中，电抗为常数，非线性电路中，电抗的大小随磁路的饱和而减小。磁路的饱和而减小。(5)(5)变压器空载时既吸收无功功率，也吸收有功功率，无功变压器空载时既吸收无功功率，也吸收有功功率，无功功率主要用于建立主磁通，有功功率主要用于铁耗。功率主要用于建立主磁通，有功功率主要用于铁耗。2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器64643-3 变压器负载运行变压器负载运行n变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次接上负载的运行状态，称为负载运行。（二次接上负载的运行状态，称为负载运行。（I I2 2 0 0）n各量正方向规定与空载运行时相同。各量正方向规定与空载运行时相同。2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器6565n负载运行时的电磁关系负载运行时的电磁关系 磁动势平衡和能量传递磁动势平衡和能量传递2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器6666n副边出现负载电流副边出现负载电流I I2 2副边产生磁势副边产生磁势F F2 2=I=I2 2N N2 2主磁通主磁通发生变化发生变化E E1 1、E E2 2变化。变化。nE E1 1变化变化原边：空载电流原边：空载电流I I0 0 负载电流负载电流I I1 1II1 1产生磁势产生磁势F F1 1=I=I1 1N N1 1（一方面建立主磁通（一方面建立主磁通m m，另一方面抵消，另一方面抵消F F2 2对主对主磁通的影响）磁通的影响）n从空载到负载，由于变压器所接的电源电压从空载到负载，由于变压器所接的电源电压U U1 1不变，不变，且且U U1 1EE1 1，所以主磁通不变。，所以主磁通不变。（负载时的（负载时的I I1 1Z Z1 1很小，约很小，约占占6%U6%U1N1N，忽略，忽略I I1 1Z Z1 1时有时有 1 1-1 1）即认为空载时主磁通与）即认为空载时主磁通与负载时主磁通近似相等。负载时主磁通近似相等。2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器6767n空载空载n负载负载n短路短路2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器6868负号表示负号表示输入功率输入功率正号表示正号表示输出功率输出功率通过一、二次绕组磁动势平衡和电磁感应关系，一次绕组从电通过一、二次绕组磁动势平衡和电磁感应关系，一次绕组从电源吸收的电功率传递到二次绕组，并输出给负载源吸收的电功率传递到二次绕组，并输出给负载能量传递能量传递的原理的原理 分析一次侧电流分析一次侧电流i i1 1i im mi i1L1L主磁通主磁通激磁电流激磁电流抵消二次绕组电流抵消二次绕组电流i i2 2的作用的作用磁动势磁动势N N1 1i i1L1L应与应与i i2 2所产生的磁动势所产生的磁动势N N2 2i i2 2相等、相反相等、相反2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器6969一、磁动势平衡方程一、磁动势平衡方程将上式两边同除于将上式两边同除于N N1 1，得：，得：（一次侧电流负载分量）（一次侧电流负载分量）2024/11/17 2024/11/17 周日周日电机学电机学 第三章第三章 变压器变压器7070说明说明n变压器一次侧电流分成两