1、模塊模塊3 3 變壓器變壓器 變壓器是一種靜止的電器，它是利用電磁感應原理，將一變壓器是一種靜止的電器，它是利用電磁感應原理，將一種電壓等級的交流電能轉換成同頻率的另一種電壓等級的種電壓等級的交流電能轉換成同頻率的另一種電壓等級的交流電能。交流電能。變壓器是電力系統中一種重要的電氣設備，它對電能的經變壓器是電力系統中一種重要的電氣設備，它對電能的經濟傳輸，靈活分配和安全使用具有重要的意義。濟傳輸，靈活分配和安全使用具有重要的意義。此外各種用途的控制變壓器、儀用互感器等也應用得十分此外各種用途的控制變壓器、儀用互感器等也應用得十分廣泛。廣泛。本章主要介紹變壓器的用途、分類、結構及額定值，著重本章

2、主要介紹變壓器的用途、分類、結構及額定值，著重闡明變壓器的工作原理和運行特性、三相變壓器的特點與闡明變壓器的工作原理和運行特性、三相變壓器的特點與并聯運行，最后簡要地介紹自耦變壓器和互感器的結構特并聯運行，最后簡要地介紹自耦變壓器和互感器的結構特點及工作原理。點及工作原理。模塊模塊3 3 變壓器變壓器 模塊內容模塊內容課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構課題課題2 2 單相變壓器的空載運行單相變壓器的空載運行課題課題3 3 單相變壓器的負載運行單相變壓器的負載運行課題課題4 4 變壓器參數的測定變壓器參數的測定課題課題5 5 變壓器的運行特性變壓器的運行特性課題

3、課題6 6 三相變壓器三相變壓器課題課題7 7 其他常用變壓器其他常用變壓器知識點知識點1 1變壓器的基本結構和原理變壓器的基本結構和原理2 2變壓器的運行特性及參數的測定變壓器的運行特性及參數的測定3 3三相變壓器三相變壓器4 4其他常用變壓器其他常用變壓器學習要求學習要求1 1掌握變壓器的基本結構掌握變壓器的基本結構2 2具備變壓器的原理分析和參數測定能力具備變壓器的原理分析和參數測定能力3 3具備變壓器的運行特性和基本計算能力具備變壓器的運行特性和基本計算能力4 4具備變壓器聯結組別的判斷能力具備變壓器聯結組別的判斷能力5 5具備互感器等特殊變壓器的正確使用能力具備互感器等特殊變壓器的正

4、確使用能力 模塊模塊3 3 變壓器變壓器 3.1.1 3.1.1 變壓器的用途和分類變壓器的用途和分類1 1）變壓器的用途）變壓器的用途電力升壓變壓器電力升壓變壓器：發電機的輸出電壓一般為：發電機的輸出電壓一般為6.36.327kV27kV左右，左右，需把端電壓升到較高的輸電電壓。遠距離輸電時高壓輸送需把端電壓升到較高的輸電電壓。遠距離輸電時高壓輸送的功率較大，損耗小，電力系統穩定。的功率較大，損耗小，電力系統穩定。我國高壓等級為我國高壓等級為110kV110kV、220kV220kV、330kV330kV，500kV500kV，750kV750kV。電力降壓變壓器電力降壓變壓器：為了用戶安全

5、用電。：為了用戶安全用電。變壓器其他用途：測量系統中廣泛應用的儀用互感器，以變壓器其他用途：測量系統中廣泛應用的儀用互感器，以隔離高壓和便于測量；在實驗室中廣泛應用的自耦調壓器，隔離高壓和便于測量；在實驗室中廣泛應用的自耦調壓器，可任意調節輸出電壓的大小，以適應負載的要求；在電信、可任意調節輸出電壓的大小，以適應負載的要求；在電信、自動控制系統中，控制變壓器、電源變壓器和用于阻抗變自動控制系統中，控制變壓器、電源變壓器和用于阻抗變換的輸入、輸出變壓器等也被廣泛應用。換的輸入、輸出變壓器等也被廣泛應用。 課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 3.1.1 3.1.1

6、 變壓器的用途和分類變壓器的用途和分類2 2）變壓器的分類）變壓器的分類根據用途、相數、繞組數目、鐵芯結構和冷卻方式等分類。根據用途、相數、繞組數目、鐵芯結構和冷卻方式等分類。1)1)按用途分：按用途分：電力變壓器電力變壓器用于電能的輸送與分配。升壓變壓器、降用于電能的輸送與分配。升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器、聯絡變壓器和廠用變壓器等。壓變壓器、配電變壓器、聯絡變壓器和廠用變壓器等。特殊電源用變壓器特殊電源用變壓器如電爐、電焊、整流變壓器等。如電爐、電焊、整流變壓器等。儀用變壓器儀用變壓器供測量和繼電保護用的變壓器。供測量和繼電保護用的變壓器。實驗變壓器實驗變壓器專供電氣設備作耐壓用的高

7、壓變壓器。專供電氣設備作耐壓用的高壓變壓器。調壓器調壓器能均勻調節輸出電壓的變壓器。能均勻調節輸出電壓的變壓器。控制變壓器控制變壓器容量一般比較小，用于小功率電源系統和容量一般比較小，用于小功率電源系統和自動控制系統，如電源變壓器、脈沖變壓器等。自動控制系統，如電源變壓器、脈沖變壓器等。課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 3.1.1 3.1.1 變壓器的用途和分類變壓器的用途和分類2 2）變壓器的分類）變壓器的分類2)2)按相數分：有單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。按相數分：有單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。3)3)按繞組數目分：有單繞組按繞組數目分：

8、有單繞組( (自耦自耦) )變壓器、雙繞組變壓器、變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。三繞組變壓器和多繞組變壓器。4)4)按鐵芯結構分：有殼式變壓器和心式變壓器。按鐵芯結構分：有殼式變壓器和心式變壓器。5)5)按冷卻方式分：有干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式按冷卻方式分：有干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器等。變壓器等。6)6)按容量分：有小型變壓器按容量分：有小型變壓器( (容量為容量為1010630kVA)630kVA)、中型、中型變壓器變壓器( (容量為容量為8008006300kVA)6300kVA)、大型變壓器、大型變壓器( (容量為容量為8000800063 00

9、0kVA)63 000kVA)和特大型變壓器和特大型變壓器( (容量在容量在90 000kVA90 000kVA以上以上) )。課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 3.1.2 3.1.2 變壓器的基本工作原理變壓器的基本工作原理 主要由鐵芯和套在鐵芯上的兩個獨立繞組組成。兩個繞組主要由鐵芯和套在鐵芯上的兩個獨立繞組組成。兩個繞組間只有磁的耦合而沒有電的聯系，且具有不同的匝數，其間只有磁的耦合而沒有電的聯系，且具有不同的匝數，其中與交流電源相接的繞組稱為原繞組或一次繞組，也稱為中與交流電源相接的繞組稱為原繞組或一次繞組，也稱為原邊或初級，其匝數為原邊或初級，其匝

10、數為N N1 1；與負載相接的繞組稱為副繞組；與負載相接的繞組稱為副繞組或二次繞組，也稱為副邊或次級，其匝數為或二次繞組，也稱為副邊或次級，其匝數為N N2 2。 課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 圖圖3-1 3-1 單相變壓器的工作單相變壓器的工作3.1.2 3.1.2 變壓器的基本工作原理變壓器的基本工作原理 當一次繞組外加電壓為當一次繞組外加電壓為u u1 1的交流電源，一次繞組將流過交的交流電源，一次繞組將流過交變電流變電流i i1 1，并在鐵芯中產生交變磁通，并在鐵芯中產生交變磁通，該磁通同時交鏈，該磁通同時交鏈一、二次繞組，并在兩繞組中分別產生感

11、應電動勢一、二次繞組，并在兩繞組中分別產生感應電動勢e e1 1、e e2 2，它們的大小為它們的大小為 (3-1)(3-1)若把負載接于二次繞組，在電動勢若把負載接于二次繞組，在電動勢e e2 2的作用下，就能向負的作用下，就能向負載輸出電能，即電流將流過負載，實現電能的傳遞。載輸出電能，即電流將流過負載，實現電能的傳遞。課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 圖圖3-1 3-1 單相變壓器的工作單相變壓器的工作dtdNeu111dtdNeu2223.1.2 3.1.2 變壓器的基本工作原理變壓器的基本工作原理 若不計變壓器一、二次繞組的電阻和漏磁通，不計鐵芯損

12、若不計變壓器一、二次繞組的電阻和漏磁通，不計鐵芯損耗，則一、二次繞組的電壓和電動勢有效值與匝數的關系耗，則一、二次繞組的電壓和電動勢有效值與匝數的關系為為 (3-2)(3-2)式中，式中，k k是為匝數比，亦即電壓比，是為匝數比，亦即電壓比，k k= =N N1 1/ /N N2 2，k k11時為時為降壓變壓器，降壓變壓器，k k11時為升壓變壓器。時為升壓變壓器。課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 圖圖3-1 3-1 單相變壓器的工作單相變壓器的工作kNNEEUU2121213.1.2 3.1.2 變壓器的基本工作原理變壓器的基本工作原理 課題課題1 1

13、變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 圖圖3-1 3-1 單相變壓器的工作單相變壓器的工作22221111iuieieiu根據能量守恒定律可得根據能量守恒定律可得即即 (3-3)(3-3)一、二次繞組的電壓與繞組的匝數成正比，一、二次繞組一、二次繞組的電壓與繞組的匝數成正比，一、二次繞組的電流與繞組的匝數成反比，因此只要改變繞組的匝數比，的電流與繞組的匝數成反比，因此只要改變繞組的匝數比，就能達到改變輸出電壓和輸出電流大小的目的，這就是變就能達到改變輸出電壓和輸出電流大小的目的，這就是變壓器的基本工作原理。壓器的基本工作原理。kNNEEII1121221kNNEEUU21212

14、13.1.3 3.1.3 變壓器的基本結構變壓器的基本結構 課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 圖3-2 油浸式電力變壓器1信號式溫度計；2吸濕器；3儲油柜；4油表；5安全氣道；6氣體繼電器；7高壓套管；8低壓套管；9分接開關；10油箱；11鐵芯；12線圈；13放油閥門電力變壓器主要由鐵芯、電力變壓器主要由鐵芯、繞組、絕緣套管、油箱繞組、絕緣套管、油箱( (油浸式油浸式) )及其他附件組成。及其他附件組成。鐵芯和繞組是變壓器的主鐵芯和繞組是變壓器的主要組成部分，稱為變壓器要組成部分，稱為變壓器的器身。的器身。 3.1.3 3.1.3 變壓器的基本結構變壓器的基

15、本結構 課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 1 1）鐵芯）鐵芯變壓器的主磁路部分，繞組的支撐骨架。變壓器的主磁路部分，繞組的支撐骨架。鐵芯由鐵芯柱和鐵軛兩部分組成。鐵芯由鐵芯柱和鐵軛兩部分組成。為了提高磁路的導磁性能和減少鐵芯中的磁滯損耗和渦流為了提高磁路的導磁性能和減少鐵芯中的磁滯損耗和渦流損耗，鐵芯一般由厚度為損耗，鐵芯一般由厚度為0.350.350.5mm0.5mm且表面覆蓋有絕緣且表面覆蓋有絕緣層的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝而成。層的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝而成。鐵芯的基本結構形式有心式和殼式兩種。鐵芯的基本結構形式有心式和殼式兩種。心式結構的特點：繞組包圍著鐵

16、芯，結構比較簡單，繞組心式結構的特點：繞組包圍著鐵芯，結構比較簡單，繞組的裝配及絕緣較容易，絕大部分國產變壓器均采用心式。的裝配及絕緣較容易，絕大部分國產變壓器均采用心式。殼式結構的特點：鐵芯包圍著繞組，機械強度較高，但制殼式結構的特點：鐵芯包圍著繞組，機械強度較高，但制造工藝復雜，使用材料較多，因此目前除了容量很小的電造工藝復雜，使用材料較多，因此目前除了容量很小的電源變壓器以外，很少采用殼式結構。源變壓器以外，很少采用殼式結構。 3.1.3 3.1.3 變壓器的基本結構變壓器的基本結構 課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 1 1）鐵芯）鐵芯(a)(a)心式

17、心式 (b)(b)殼式殼式圖圖3-3 3-3 心式和殼式變壓器心式和殼式變壓器3.1.3 3.1.3 變壓器的基本結構變壓器的基本結構 課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 1 1）鐵芯）鐵芯鐵芯疊裝方法鐵芯疊裝方法一般先將硅一般先將硅鋼片裁成條形，然后再進行疊鋼片裁成條形，然后再進行疊裝。為了減少疊片接縫間隙以裝。為了減少疊片接縫間隙以減小勵磁電流，硅鋼片在疊裝減小勵磁電流，硅鋼片在疊裝時，一般采用疊接式，即上層時，一般采用疊接式，即上層和下層交錯重疊的方式。和下層交錯重疊的方式。小容量變壓器常采用矩形截面，小容量變壓器常采用矩形截面，大型變壓器一般采用多級階

18、梯大型變壓器一般采用多級階梯形截面。形截面。(a)單相 (b)三相圖3-4 變壓器鐵芯的交錯疊片(a)矩形 (b)多級階梯形圖3-5鐵芯柱截面3.1.3 3.1.3 變壓器的基本結構變壓器的基本結構 課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 2 2）繞組）繞組繞組是變壓器的電路部分，一般是由繞組是變壓器的電路部分，一般是由絕緣銅線或鋁線繞制而成的。絕緣銅線或鋁線繞制而成的。接于高壓電網的繞組稱為高壓繞組；接于高壓電網的繞組稱為高壓繞組；接于低壓電網的繞組稱為低壓繞組。接于低壓電網的繞組稱為低壓繞組。根據高、低壓繞組在鐵芯柱上排列方根據高、低壓繞組在鐵芯柱上排列方式的

19、不同，變壓器的繞組可分為同心式的不同，變壓器的繞組可分為同心式和交疊式兩種。式和交疊式兩種。為了便于絕緣，一般最上層和最下層為了便于絕緣，一般最上層和最下層的繞組都是低壓繞組。這種繞組機械的繞組都是低壓繞組。這種繞組機械強度高，引線方便，漏電抗小，但絕強度高，引線方便，漏電抗小，但絕緣比較復雜，主要用在大型電爐變壓緣比較復雜，主要用在大型電爐變壓器中。器中。 圖3-6同心式繞組1一高壓繞組；2一低壓繞組圖3-7 交疊式繞組l一低壓繞組；2一高壓繞組3.1.3 3.1.3 變壓器的基本結構變壓器的基本結構 課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 3 3）油箱等其他附

20、件）油箱等其他附件油浸式電力變壓器還有油箱、儲油柜、絕緣套管、氣體油浸式電力變壓器還有油箱、儲油柜、絕緣套管、氣體繼電器、安全氣道、分接開關等附件，其作用是保證變繼電器、安全氣道、分接開關等附件，其作用是保證變壓器的安全和可靠運行。壓器的安全和可靠運行。(1)(1)油箱油箱變壓器的器身放置在裝有變壓器油的油箱內。變壓器油變壓器的器身放置在裝有變壓器油的油箱內。變壓器油起兩個作用：起兩個作用：一是絕緣作用；一是絕緣作用；二是散熱作用。二是散熱作用。油箱的結構與變壓器的容量、發熱情況密切相關。在油箱的結構與變壓器的容量、發熱情況密切相關。在20 20 kVAkVA及以下的小容量變壓器中采用平板式油

21、箱；一般容及以下的小容量變壓器中采用平板式油箱；一般容量稍大的變壓器都采用排管式油箱，在油箱壁上焊有散量稍大的變壓器都采用排管式油箱，在油箱壁上焊有散熱管，以增大油箱的散熱面積。熱管，以增大油箱的散熱面積。3.1.3 3.1.3 變壓器的基本結構變壓器的基本結構 課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 3 3）油箱等其他附件）油箱等其他附件(2)(2)儲油柜儲油柜儲油柜亦稱油枕，它是安裝在油箱上面的圓筒形容器，儲油柜亦稱油枕，它是安裝在油箱上面的圓筒形容器，它通過連通管與油箱相連，柜內油面高度隨著油箱內變它通過連通管與油箱相連，柜內油面高度隨著油箱內變壓器油的熱脹

22、冷縮而變動。壓器油的熱脹冷縮而變動。儲油柜的作用是保證變壓器的器身始終浸在變壓器油中，儲油柜的作用是保證變壓器的器身始終浸在變壓器油中，同時減少油和空氣的接觸面積，從而降低變壓器油受潮同時減少油和空氣的接觸面積，從而降低變壓器油受潮和老化的速度。和老化的速度。3.1.3 3.1.3 變壓器的基本結構變壓器的基本結構 課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 3 3）油箱等其他附件）油箱等其他附件(3)(3)絕緣套管絕緣套管電力變壓器的引出線從油箱內穿過油箱蓋時，電力變壓器的引出線從油箱內穿過油箱蓋時，必須穿過瓷質的絕緣套管，以使帶電的引出必須穿過瓷質的絕緣套管，以使

23、帶電的引出線與接地的油箱絕緣。線與接地的油箱絕緣。絕緣套管的結構取決于電壓等級絕緣套管的結構取決于電壓等級較低電壓采用實心瓷套管；較低電壓采用實心瓷套管；101035kV35kV電壓采用空心充氣式或充油式套管；電壓采用空心充氣式或充油式套管；電壓在電壓在110kV110kV及以上時采用電容式套管。及以上時采用電容式套管。為了增加表面爬電距離，絕緣套管的外形做為了增加表面爬電距離，絕緣套管的外形做成多級傘形，電壓越高，級數越多。成多級傘形，電壓越高，級數越多。3.1.3 3.1.3 變壓器的基本結構變壓器的基本結構 課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 3 3）油

24、箱等其他附件）油箱等其他附件(4)(4)氣體繼電器氣體繼電器( (又稱瓦斯繼電器又稱瓦斯繼電器) )氣體繼電器裝在油枕和油箱的連通管中間氣體繼電器裝在油枕和油箱的連通管中間當變壓器內部發生故障產生氣體時，或油箱漏油使油面當變壓器內部發生故障產生氣體時，或油箱漏油使油面降低時，輕瓦斯繼電器動作，發出信號，以便運行人員降低時，輕瓦斯繼電器動作，發出信號，以便運行人員及時處理及時處理若事故嚴重，重瓦斯繼電器動作，可使斷路器自動跳閘，若事故嚴重，重瓦斯繼電器動作，可使斷路器自動跳閘，對變壓器起保護作用。對變壓器起保護作用。3.1.3 3.1.3 變壓器的基本結構變壓器的基本結構 課題課題1 1 變壓器

25、的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 3 3）油箱等其他附件）油箱等其他附件(5)(5)安全氣道安全氣道( (又稱防爆筒又稱防爆筒) )安全氣道裝于油箱頂部，是一個長鋼圓安全氣道裝于油箱頂部，是一個長鋼圓筒，上端口裝有一定厚度的玻璃板或酚筒，上端口裝有一定厚度的玻璃板或酚醛紙板，下端口與油箱連通。醛紙板，下端口與油箱連通。作用是當變壓器內部因發生故障引起壓作用是當變壓器內部因發生故障引起壓力驟增時，讓油氣流沖破玻璃板或酚醛力驟增時，讓油氣流沖破玻璃板或酚醛紙板釋放出，以免造成箱壁爆裂。紙板釋放出，以免造成箱壁爆裂。3.1.4 3.1.4 變壓器的銘牌與主要系列變壓器的銘牌與主要系列

26、課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 為了使變壓器安全、經濟、合理地運行，同時使用戶對為了使變壓器安全、經濟、合理地運行，同時使用戶對變壓器的性能有所了解，變壓器出廠時都安裝了一塊銘變壓器的性能有所了解，變壓器出廠時都安裝了一塊銘牌。在銘牌上標明了型號、額定值及其他有關數據。牌。在銘牌上標明了型號、額定值及其他有關數據。 產品標準型號SJL-560/10額定容量560kVA相數3額定頻率50Hz額定電壓高壓10kV額定電流高壓32.3A低壓400230V低壓808A使用條件戶外式繞組溫升65油面溫升55短路電壓4.94冷卻方式油浸自冷式油重370kg器身重104

27、0kg總重1900kg連接組Y，yn0出廠序號 廠 年 月 出品鋁線電力變壓器3.1.4 3.1.4 變壓器的銘牌與主要系列變壓器的銘牌與主要系列 課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 1 1）變壓器的型號與主要系列）變壓器的型號與主要系列(1)(1)變壓器的型號變壓器的型號變壓器的型號表示了一臺變壓器的結構、額定容量、電變壓器的型號表示了一臺變壓器的結構、額定容量、電壓等級和冷卻方式等內容。壓等級和冷卻方式等內容。例如例如SJL-560/10SJL-560/10，其中，其中“S”S”表示三相，表示三相，“J”J”表示油浸表示油浸式，式，“L”L”表示鋁導線，表

28、示鋁導線，“560”560”表示額定容量為表示額定容量為560kVA560kVA，“10”10”表示高壓繞組額定電壓等級為表示高壓繞組額定電壓等級為10kV10kV。變壓器的分類和型號如表變壓器的分類和型號如表3-13-1所示。所示。3.1.4 3.1.4 變壓器的銘牌與主要系列變壓器的銘牌與主要系列 課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 1 1）變壓器的型號與主要系列）變壓器的型號與主要系列(2)(2)變壓器的主要系列變壓器的主要系列目前我國生產的各種系列變壓器產品目前我國生產的各種系列變壓器產品SJL1(SJL1(三相油浸鋁線電力變壓器三相油浸鋁線電力變壓器

29、) )SL7(SL7(三相鋁線低損耗電力變壓器三相鋁線低損耗電力變壓器) )S7S7和和S9(S9(三相銅線低損耗電力變壓器三相銅線低損耗電力變壓器) )SFL1(SFL1(三相油浸風冷鋁線電力變壓器三相油浸風冷鋁線電力變壓器) )SFPSL1(SFPSL1(三相強油風冷三線圈鋁線電力變壓器三相強油風冷三線圈鋁線電力變壓器) )SWP0(SWP0(三相強油水冷自耦電力變壓器三相強油水冷自耦電力變壓器) )等等基本上滿足了國民經濟各部門發展的要求。基本上滿足了國民經濟各部門發展的要求。3.1.4 3.1.4 變壓器的銘牌與主要系列變壓器的銘牌與主要系列 課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構

30、變壓器的基本工作原理和結構 2 2）變壓器的額定值）變壓器的額定值額定值是對變壓器正常工作狀態所作的使用規定，它是正額定值是對變壓器正常工作狀態所作的使用規定，它是正確使用變壓器的依據。確使用變壓器的依據。(1)(1)額定容量額定容量S SN N額定容量額定容量S SN N指變壓器在額定工作條件下所能輸出的視在功指變壓器在額定工作條件下所能輸出的視在功率，單位為率，單位為VAVA或或kVAkVA或或MVAMVA 。變壓器效率高，通常一次側、二次側額定容量設計相等。變壓器效率高，通常一次側、二次側額定容量設計相等。對三相變壓器而言，額定容量指三相容量之和。對三相變壓器而言，額定容量指三相容量之和

31、。NNNNNIUIUS221133NNNNNIUIUS22113.1.4 3.1.4 變壓器的銘牌與主要系列變壓器的銘牌與主要系列 課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 2 2）變壓器的額定值）變壓器的額定值(2)(2)額定電壓額定電壓U U1 1N N和和U U2 2N NU U1 1N N是指加在變壓器一次繞組上的額定電源電壓值是指加在變壓器一次繞組上的額定電源電壓值U U2 2N N是指變壓器一次繞組加額定電壓，二次繞組開路時的是指變壓器一次繞組加額定電壓，二次繞組開路時的空載電壓值。空載電壓值。單位為單位為V V或或kVkV。對三相變壓器而言，額定電壓是

32、指線電壓。對三相變壓器而言，額定電壓是指線電壓。3.1.4 3.1.4 變壓器的銘牌與主要系列變壓器的銘牌與主要系列 課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 2 2）變壓器的額定值）變壓器的額定值(3)(3)額定電流額定電流I I1 1N N和和I I2 2N N額定電流是指變壓器在額定負載情況下，各繞組長期允額定電流是指變壓器在額定負載情況下，各繞組長期允許通過的電流，單位為許通過的電流，單位為A A。I I1 1N N是指一次繞組的額定電流；是指一次繞組的額定電流；I I2 2N N是指二次繞組的額定電流。是指二次繞組的額定電流。對三相變壓器而言，額定電流是指

33、線電流。對三相變壓器而言，額定電流是指線電流。對單相變壓器對單相變壓器 ； （3-43-4）對三相變壓器對三相變壓器 ； （3-53-5）NNNUSI11NNNUSI22NNNUSI113NNNUSI2233.1.4 3.1.4 變壓器的銘牌與主要系列變壓器的銘牌與主要系列 課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 2 2）變壓器的額定值）變壓器的額定值(4)(4)額定頻率額定頻率f fN N我國規定標準工業用電的頻率即工頻為我國規定標準工業用電的頻率即工頻為50Hz50Hz。(5)(5)連接組標號連接組標號連接組標號指三相變壓器一、二次繞組的連接方式連接組標號指三

34、相變壓器一、二次繞組的連接方式Y Y表示高壓繞組作星形連接；表示高壓繞組作星形連接；y y表示低壓繞組作星形連接；表示低壓繞組作星形連接；D D表示高壓繞組作三角形連接；表示高壓繞組作三角形連接；d d表示低壓繞組作三角形連接；表示低壓繞組作三角形連接；n n表示低壓繞組作星形連接時的中性線。表示低壓繞組作星形連接時的中性線。3.1.4 3.1.4 變壓器的銘牌與主要系列變壓器的銘牌與主要系列 課題課題1 1 變壓器的基本工作原理和結構變壓器的基本工作原理和結構 2 2）變壓器的額定值）變壓器的額定值(6)(6)阻抗電壓阻抗電壓阻抗電壓又稱為短路電壓。它標志在額定電流時變壓器阻阻抗電壓又稱為短

35、路電壓。它標志在額定電流時變壓器阻抗壓降的大小。通常用它與額定電壓的百分比來表示。抗壓降的大小。通常用它與額定電壓的百分比來表示。此外，額定運行時變壓器的效率、溫升等數據均屬于額定此外，額定運行時變壓器的效率、溫升等數據均屬于額定值。除額定值外，銘牌上還標有變壓器的相數、變壓器的值。除額定值外，銘牌上還標有變壓器的相數、變壓器的運行方式及冷卻方式等。運行方式及冷卻方式等。為考慮運輸，有時銘牌上還標出變壓器的總重、油重、器為考慮運輸，有時銘牌上還標出變壓器的總重、油重、器身重量和外形尺寸等附屬數據。身重量和外形尺寸等附屬數據。課題課題2 2 單相變壓器的空載運行單相變壓器的空載運行 三相變壓器的

36、對稱運行，各相參數相等，有效值相等，按三相變壓器的對稱運行，各相參數相等，有效值相等，按單相變壓器分析研究。單相變壓器分析研究。變壓器的空載運行是指變壓器一次繞組接在額定頻率和額變壓器的空載運行是指變壓器一次繞組接在額定頻率和額定電壓的交流電源上，而二次繞組開路時的運行狀態。定電壓的交流電源上，而二次繞組開路時的運行狀態。圖3-9 變壓器的空載運行3.2.1 3.2.1 變壓器空載運行時的電磁關系變壓器空載運行時的電磁關系課題課題2 2 單相變壓器的空載運行單相變壓器的空載運行 1 1）變壓器中各量參考方向的規定）變壓器中各量參考方向的規定為了能正確表明變壓器中電壓、電流、磁通及電動勢等為了能

37、正確表明變壓器中電壓、電流、磁通及電動勢等各量之間的關系，按各量之間的關系，按“安培環路定律安培環路定律”和和“電磁感應定電磁感應定律律” ” 規定它們的參考方向，或稱為正方向（右手定規定它們的參考方向，或稱為正方向（右手定則）則） 。具體如下：具體如下：1)1)電壓電壓u u的參考方向與電流的參考方向與電流i i的參考方向一致。的參考方向一致。2)2)由電流由電流i i產生的磁動勢所建立的磁通產生的磁動勢所建立的磁通與電流與電流i i的參考的參考方向符合右手螺旋定則。方向符合右手螺旋定則。3)3)由磁通由磁通產生的感應電動勢產生的感應電動勢E E的參考方向與產生磁通的參考方向與產生磁通的電流

38、的電流i i的參考方向一致，即的參考方向一致，即e e與與i i符合右手螺旋定則。符合右手螺旋定則。 3.2.1 3.2.1 變壓器空載運行時的電磁關系變壓器空載運行時的電磁關系課題課題2 2 單相變壓器的空載運行單相變壓器的空載運行 2 2）空載運行時各電磁量之間的關系）空載運行時各電磁量之間的關系( (用相量表示用相量表示) ) 空載，空載，I I1 1=I=I0 0，I I2 2=0=0。F F0 0=N=N1 1I I0 0空載時的磁場空載時的磁場主磁通主磁通mmE E1 1、E E2 2漏磁通漏磁通11 E E11 空載電流流過一次繞組產生電阻壓降空載電流流過一次繞組產生電阻壓降I

39、I0 0r r1 1 。圖3-10空載運行時的各電磁量間的關系圖3-9 變壓器的空載運行3.2.1 3.2.1 變壓器空載運行時的電磁關系變壓器空載運行時的電磁關系課題課題2 2 單相變壓器的空載運行單相變壓器的空載運行 由于路徑不同，主磁通和漏磁通有很大差異：由于路徑不同，主磁通和漏磁通有很大差異：在性質上，主磁通磁路由鐵磁材料組成，具有飽和特性，在性質上，主磁通磁路由鐵磁材料組成，具有飽和特性，與與I I0 0呈非線性關系，而漏磁通磁路不飽和，呈非線性關系，而漏磁通磁路不飽和，1 1與與I I0 0呈呈線性關系；線性關系；在數量上，鐵芯磁導率大，磁阻小，所以主磁通遠大于在數量上，鐵芯磁導率

40、大，磁阻小，所以主磁通遠大于漏磁通，占總磁通的漏磁通，占總磁通的99%99%以上，而漏磁通僅占以上，而漏磁通僅占1 1以下；以下；在作用上，主磁通鉸鏈一、二次繞組，起傳遞能量的媒在作用上，主磁通鉸鏈一、二次繞組，起傳遞能量的媒介作用；而漏磁通只在一次繞組中感應漏磁電動勢，僅起介作用；而漏磁通只在一次繞組中感應漏磁電動勢，僅起漏抗壓降的作用。漏抗壓降的作用。3.2.1 3.2.1 變壓器空載運行時的電磁關系變壓器空載運行時的電磁關系課題課題2 2 單相變壓器的空載運行單相變壓器的空載運行 在分析變壓器時，把這兩部分磁通分開，即可把非線性問在分析變壓器時，把這兩部分磁通分開，即可把非線性問題和線性

41、問題分別予以處理，便于考慮它們在電磁關系上題和線性問題分別予以處理，便于考慮它們在電磁關系上的特點。的特點。在其他交流電機中，一般也采用這種分析方法。在其他交流電機中，一般也采用這種分析方法。 3.2.2 3.2.2 變壓器空載時的感應電動勢變壓器空載時的感應電動勢 課題課題2 2 單相變壓器的空載運行單相變壓器的空載運行 1 1）主磁通感應的感應電動勢）主磁通感應的感應電動勢若主磁通按正弦規律變化，即若主磁通按正弦規律變化，即 (3-6)(3-6)則繞組感應電動勢的瞬時值為則繞組感應電動勢的瞬時值為 (3-7)(3-7) (3-8) (3-8)由上式可知，由上式可知，e e1 1、e e2

42、2滯后于磁通滯后于磁通 9090，且感應電動勢的，且感應電動勢的有效值為有效值為 (3-9)(3-9)同理同理 (3-10)(3-10)tmsin90sin90sincos11111tEtNtNdtdNemmm90sin90sincos22222tEtNtNdtdNemmmmmmmfNfNNEE1111144. 42222mmmmfNfNNEE2222244. 42222tItIimsin2sin1113.2.2 3.2.2 變壓器空載時的感應電動勢變壓器空載時的感應電動勢 課題課題2 2 單相變壓器的空載運行單相變壓器的空載運行 1 1）主磁通感應的感應電動勢）主磁通感應的感應電動勢故電動勢

43、與主磁通的相量關系為故電動勢與主磁通的相量關系為 (3-11)(3-11)當主磁通按正弦規律變化時，一、二次繞組中的感應電動當主磁通按正弦規律變化時，一、二次繞組中的感應電動勢也按正弦規律變化，其大小與電源頻率、繞組匝數及主勢也按正弦規律變化，其大小與電源頻率、繞組匝數及主磁通最大值成正比，且在相位上滯后于主磁通磁通最大值成正比，且在相位上滯后于主磁通9090。mmfNjEfNjE221144. 444. 43.2.2 3.2.2 變壓器空載時的感應電動勢變壓器空載時的感應電動勢 課題課題2 2 單相變壓器的空載運行單相變壓器的空載運行 2 2） 漏磁通感應的電動勢漏磁通感應的電動勢漏磁通的路

44、徑是非鐵磁性物質，磁路不會飽和，是線性磁漏磁通的路徑是非鐵磁性物質，磁路不會飽和，是線性磁路，即路，即 (3-13)(3-13)式中，式中，L L1 1 一次繞組的漏電感；一次繞組的漏電感；G G1 1 一次漏磁導一次漏磁導 X X1 1 一次繞組漏電抗，反映漏磁通一次繞組漏電抗，反映漏磁通1 1對一次對一次側電路的電磁效應，側電路的電磁效應，X X1 1=L L1 1。相量表示相量表示(3-12)(3-12)111XI jEtIGNGiNGFsin211111111190sin290sin2cos2cos2111111211111111tIXtILtIGNtIGNNdtdNe1111144.

45、 42fNjNjEtItIimsin2sin1113.2.3 3.2.3 變壓器的空載電流和空載損耗變壓器的空載電流和空載損耗 課題課題2 2 單相變壓器的空載運行單相變壓器的空載運行 1 1）空載電流）空載電流變壓器空載運行時，一次繞組的電流，稱為空載電流。空變壓器空載運行時，一次繞組的電流，稱為空載電流。空載電流主要用以建立主磁通，所以亦稱勵磁電流。空載時，載電流主要用以建立主磁通，所以亦稱勵磁電流。空載時，變壓器實際上是一個鐵心線圈，空載電流的大小主要取決變壓器實際上是一個鐵心線圈，空載電流的大小主要取決于鐵心線圈的電抗和鐵心損耗。鐵心線圈的電抗正比于線于鐵心線圈的電抗和鐵心損耗。鐵心線

46、圈的電抗正比于線圈匝數的平方和磁路的磁導，因此空載電流的大小與鐵心圈匝數的平方和磁路的磁導，因此空載電流的大小與鐵心的磁化性能、飽和程度等有密切的關系。的磁化性能、飽和程度等有密切的關系。空載電流：空載電流：Femiiii 10Fei鐵耗電流，鐵心磁滯和渦流損耗的電流鐵耗電流，鐵心磁滯和渦流損耗的電流磁化電流，大小和波形取決于主磁通和磁化曲線磁化電流，大小和波形取決于主磁通和磁化曲線i3.2.3 3.2.3 變壓器的空載電流和空載損耗變壓器的空載電流和空載損耗 課題課題2 2 單相變壓器的空載運行單相變壓器的空載運行 1 1）空載電流）空載電流不考慮鐵耗電流，只有磁化電流，磁化電流是無功電流不

47、考慮鐵耗電流，只有磁化電流，磁化電流是無功電流（1 1）磁路線性）磁路線性磁通正弦波，磁化電流正弦波磁通正弦波，磁化電流正弦波0ii0ti11223.2.3 3.2.3 變壓器的空載電流和空載損耗變壓器的空載電流和空載損耗 課題課題2 2 單相變壓器的空載運行單相變壓器的空載運行 （2 2）磁路飽和）磁路飽和磁通正弦波，磁化電流尖頂波，包含基波和磁通正弦波，磁化電流尖頂波，包含基波和3 3倍次諧波倍次諧波圖3-11 不考慮鐵心損耗磁通為正弦波時空載電流的波形(a)磁通波形 (b)磁化曲線(d)波形分析 (c)電流波形3.2.3 3.2.3 變壓器的空載電流和空載損耗變壓器的空載電流和空載損耗

48、課題課題2 2 單相變壓器的空載運行單相變壓器的空載運行 (a)磁通波形 (b)磁化曲線(d)波形分析 (c)電流波形圖3-12 不考慮鐵心損耗空載電流為正弦波時磁通的波形（2 2）磁路飽和）磁路飽和磁化電流正弦波，磁通平頂波，包含基波和磁化電流正弦波，磁通平頂波，包含基波和3 3倍次諧波倍次諧波3.2.3 3.2.3 變壓器的空載電流和空載損耗變壓器的空載電流和空載損耗 課題課題2 2 單相變壓器的空載運行單相變壓器的空載運行 (a)磁通波形 (b)磁化曲線(c)電流波形（3 3）磁路飽和，考慮鐵心損耗）磁路飽和，考慮鐵心損耗鐵耗電流是正弦波有功電流，與電壓同相位鐵耗電流是正弦波有功電流，與

49、電壓同相位圖3-13 考慮鐵心損耗磁通為正弦波時空載電流的波形磁化電流仍然是尖頂波無磁化電流仍然是尖頂波無功電流功電流空載電流空載電流i i0 0將超前將超前一個一個角度角度 ( (稱為鐵耗角稱為鐵耗角) ) 3.2.3 3.2.3 變壓器的空載電流和空載損耗變壓器的空載電流和空載損耗 課題課題2 2 單相變壓器的空載運行單相變壓器的空載運行 （3 3）磁路飽和，考慮鐵心損耗）磁路飽和，考慮鐵心損耗 (3-14)(3-14)式中，式中， 空載電流的有功分量；空載電流的有功分量； 空載電流的無功分量空載電流的無功分量( (或磁化電流或磁化電流) )。通常，。通常，I IFeFe10Z Z1 1，

50、同，同時，時，I I0 0I I1 1，在一定電源電，在一定電源電壓下，壓下，I I0 0不隨負載而變化，不隨負載而變化，這樣便忽略空載電流這樣便忽略空載電流I I0 0在在r r1 1和和X X1 1上產生的電壓降，把上產生的電壓降，把勵磁支路從勵磁支路從“T”T”形等效電形等效電路中部移到電源端去。這路中部移到電源端去。這種電路稱為近似等效電路。種電路稱為近似等效電路。3.3.3 3.3.3 負載運行時的等效電路和相量圖負載運行時的等效電路和相量圖 課題課題3 3 單相變壓器的負載運行單相變壓器的負載運行 圖圖3-19 3-19 變壓器的近似等效電路變壓器的近似等效電路2 2）等效電路）等

51、效電路(3)(3)簡化等效電路簡化等效電路大中型變壓器，大中型變壓器，I I0 0I I1N1N，把，把勵磁電流勵磁電流I I0 0忽略，即去掉勵忽略，即去掉勵磁支路，變壓器的簡化等效磁支路，變壓器的簡化等效電路。電路。r rk k: :變壓器的短路電阻，變壓器的短路電阻， ；X Xk k: :短路電抗，短路電抗， 。短路阻抗短路阻抗: : 。 圖圖3-20 3-20 變壓器的簡化等效電路變壓器的簡化等效電路21rrrk21XXXkkkkXrZ3.3.3 3.3.3 負載運行時的等效電路和相量圖負載運行時的等效電路和相量圖 課題課題3 3 單相變壓器的負載運行單相變壓器的負載運行 圖3-21

52、感性負載時變壓器的相量圖3 3）變壓器負載時的相量圖）變壓器負載時的相量圖相量圖是根據基本方程式畫出的，相量圖是根據基本方程式畫出的，其特點是可以較直觀地看出變壓其特點是可以較直觀地看出變壓器中各物理量的大小和相位關系。器中各物理量的大小和相位關系。畫相量圖的步驟隨已知條件的不畫相量圖的步驟隨已知條件的不同而變。假定已知負載情況和變同而變。假定已知負載情況和變壓器的參數以感性負載為例，繪壓器的參數以感性負載為例，繪圖的步驟見書。圖的步驟見書。以二次端電壓為參考相量以二次端電壓為參考相量3.3.3 3.3.3 負載運行時的等效電路和相量圖負載運行時的等效電路和相量圖 課題課題3 3 單相變壓器的

53、負載運行單相變壓器的負載運行 3 3）變壓器負載時的相量圖）變壓器負載時的相量圖已制成的變壓器，很難用實驗的已制成的變壓器，很難用實驗的方法把方法把X X1 1和和X X2 2分開，因此在分析分開，因此在分析變壓器負載運行時，常根據簡化變壓器負載運行時，常根據簡化等效電路來繪制簡化相量圖。等效電路來繪制簡化相量圖。在感性負載下，變壓器的二次側在感性負載下，變壓器的二次側電壓電壓 。 圖3-22 感性負載時變壓器的簡化相量圖22EU3.3.3 3.3.3 負載運行時的等效電路和相量圖負載運行時的等效電路和相量圖 課題課題3 3 單相變壓器的負載運行單相變壓器的負載運行 基本方程式、等效電路和相量

54、圖是分析變壓器運行的三基本方程式、等效電路和相量圖是分析變壓器運行的三種方法。種方法。基本方程式是基礎，它概括了變壓器中的電磁關系；基本方程式是基礎，它概括了變壓器中的電磁關系；等效電路和相量圖是基本方程式的另一種表達形式；等效電路和相量圖是基本方程式的另一種表達形式；雖然三者的形式不同，但實質上是一致的。究竟取哪一雖然三者的形式不同，但實質上是一致的。究竟取哪一種形式，則視具體情況而定。種形式，則視具體情況而定。通常定量計算時，等效電路比較方便；通常定量計算時，等效電路比較方便；在做定性分析時，應用相量圖分析比較清楚。在做定性分析時，應用相量圖分析比較清楚。 3.3.3 3.3.3 負載運行

55、時的等效電路和相量圖負載運行時的等效電路和相量圖 課題課題3 3 單相變壓器的負載運行單相變壓器的負載運行 【例【例3-13-1】一臺單相變壓器，】一臺單相變壓器，S SN N=10kVA=10kVA，U U1 1N N/ /U U2 2N N=380/200V=380/200V，r r1 1=0.14=0.14，r r2 2=0.035=0.035，X X1 1=0.22=0.22，X X2 2=0.055=0.055，r rm m=30=30，X Xm m=310=310。一次側加額定頻率的額定電壓并保持不。一次側加額定頻率的額定電壓并保持不變，二次側接負載阻抗變，二次側接負載阻抗Z ZL

56、 L=(4+j3)=(4+j3)。試用簡化等效電路計。試用簡化等效電路計算：算：1)1)一、二次電流及二次電壓。一、二次電流及二次電壓。2)2)一、二次側的功率因數。一、二次側的功率因數。【解】先求參數【解】先求參數727. 122038021NNUUk1044. 0035. 0727. 12222rkr164. 0055. 0727. 12222XkX3.3.3 3.3.3 負載運行時的等效電路和相量圖負載運行時的等效電路和相量圖 課題課題3 3 單相變壓器的負載運行單相變壓器的負載運行 【解】先求參數【解】先求參數1)1)一、二次電流及二次電壓一、二次電流及二次電壓A A A A87.36

57、/91.1495. 893.1134727. 122jjZkZLL2121XXjrrjXrZkkk164. 022. 01044. 014. 0j57.57/455. 0384. 0244. 0j48.37/77.2495. 893.11384. 0244. 00/380121jjZZUIILk47.84/22. 1310300/38010jZUIm3.3.3 3.3.3 負載運行時的等效電路和相量圖負載運行時的等效電路和相量圖 課題課題3 3 單相變壓器的負載運行單相變壓器的負載運行 A AV V V V2)2)一、二次側的功率因數一、二次側的功率因數78.4277.24727. 122 I

58、 kI39.179/32.36987.36/91.1448.37/77.2422LZIU85.213727. 132.36922kUU感性79. 048.37coscos1感性8 . 087.36coscos23.4.1 3.4.1 空載試驗空載試驗 課題課題4 4 變壓器參數的測定變壓器參數的測定 試驗的目的：通過測定變壓器的空載電流試驗的目的：通過測定變壓器的空載電流I I0 0和空載損耗和空載損耗p p0 0，求得變比求得變比k k和勵磁參數和勵磁參數r rm m、X Xm m和和Z Zm m。圖圖3-23 3-23 變壓器的空載試驗電路圖變壓器的空載試驗電路圖1 1）空載試驗的接線）空

59、載試驗的接線便于試驗和安全起見，對于額定電壓較高的電力變壓器，便于試驗和安全起見，對于額定電壓較高的電力變壓器，通常在低壓側進行加壓試驗，高壓側開路；通常在低壓側進行加壓試驗，高壓側開路；對于額定電壓較低的小容量變壓器，一般在高壓側進行加對于額定電壓較低的小容量變壓器，一般在高壓側進行加壓試驗，低壓側開路。壓試驗，低壓側開路。3.4.1 3.4.1 空載試驗空載試驗 課題課題4 4 變壓器參數的測定變壓器參數的測定 1 1）空載試驗的接線）空載試驗的接線若在高壓側進行試驗，記錄和計算所得數據即為等效電路若在高壓側進行試驗，記錄和計算所得數據即為等效電路的勵磁參數；而低壓側進行試驗時，所記錄和計

60、算所得數的勵磁參數；而低壓側進行試驗時，所記錄和計算所得數據需進行折算才能成為等效電路中的勵磁參數。據需進行折算才能成為等效電路中的勵磁參數。空載試驗電流表、功率表采用內接法。空載試驗電流表、功率表采用內接法。 圖圖3-23 3-23 變壓器的空載試驗電路圖變壓器的空載試驗電路圖3.4.1 3.4.1 空載試驗空載試驗 課題課題4 4 變壓器參數的測定變壓器參數的測定 2 2）試驗方法）試驗方法空載試驗時，調壓器輸入端接工頻的正弦交流電源，輸出空載試驗時，調壓器輸入端接工頻的正弦交流電源，輸出端接變壓器，調節調壓器的輸出電壓，使試驗電壓端接變壓器，調節調壓器的輸出電壓，使試驗電壓U U由零逐由