1、第三章 變壓器第一節 變壓器的用途、分類與結構內容提要：1. 變壓器的用途、分類2. 變壓器的主要結構部件3. 變壓器的發熱溫升4. 變壓器的額定數據一、 變壓器的用途、分類 1、變壓器的用途： 變壓器是靜止電器，由鐵心(磁路)及兩個或兩個以上的繞組(電路)組成，繞組之間由鐵心中交變磁通聯系(磁耦合)實現從一種電壓(電流)變為另一種電壓(電流)。按繞組分為： 雙繞組變壓器 三繞組變壓器 自耦變壓器按相數分為： 單相變壓器 三相變壓器 多相變壓器2、變壓器的分類： 升壓變壓器 降壓變壓器 隔離變壓器 (4)按冷卻方式： 油浸自冷變壓器 (3)按用途分為： 油浸水冷變壓器干式空氣自冷變壓器油浸風冷

2、變壓器二、 變壓器的主要結構部件1、一次繞組（原繞組）電源側2、二次繞組（副繞組）負載側3、變壓器鐵心 磁路部分3.1 非晶合金鐵心變壓器的特點 非晶合金與硅鋼片變壓器相比，空載損耗下降70%至80%，空載電流下降80%，節能效果顯著。非晶合金片厚度極薄，填充系數較低，采用磁密低，產品的設計受材料限限制程度較高，非晶合金對機械應力非常敏感，張引力和彎曲應力都會影響磁性能，結構設計特殊。3.2 立體卷鐵心變壓器的特點 鐵心和線圈需在專用設備上卷制，減少了由人工制造造成的質量波動，質量穩定可靠;卷鐵心與疊鐵心相比可減少工序，生產效率高，自動化程度高；立體卷鐵心的退火效果更好，能更有效降低空載損耗和

3、空載電流。鐵軛的截面積為心柱截面積的一半，即節能又省材。卷鐵心是連續繞制而成，可使噪聲降低。3.3 疊鐵心變壓器的特點 鐵心制造工藝簡單，制造工時短，降低了制造成本變壓器制造廠具有成熟的疊鐵心工藝，成熟的質量控制管理體系不需要卷制鐵心和線圈的專用設備，降低了產產品的制造成本鐵心材料較 “R型” 卷鐵心利用率高，能降低產品的制造成本。3.4 平面卷鐵心變壓器的特點 鐵心和線圈需在專用設備上卷制，減少了由人工制造造成的質量波動，質量穩定可靠；卷鐵心在經過退火處理后，空載損耗和空載電流可大幅度下降；卷鐵心與疊鐵心相比可減少工序，生產效率較高，自動化程度較高；卷鐵心是連續繞制而成，可使噪聲降低。三、

4、變壓器的發熱溫升 由于繞組里有銅耗、鐵耗及各種附加損耗，一方面影響效率；一方面轉變為熱能，因此導致變壓器的溫度升高，并使絕緣材料老化。四、 變壓器的額定數據2、額定電壓（線電壓）1、額定容量（視在功率）3、額定電流（線電流）* 一次繞組額定電壓 ，單位為VA或kVA，單位為V或kV二次繞組額定電壓是當 時，二次繞組開路電壓,單位AY接：接：第二節 變壓器的運行分析 本節內容體現了變壓器的基本電磁關系，著重研究變壓器穩態運行的數學模型。* 以單相變壓器為例來介紹變壓器的運行分析及數學模型等，這些結果同樣適用于三相變壓器對稱穩態運行分析主要內容：1. 基本方程式、相量圖和等效電路圖2. 變壓器的折

5、合算法3. 標么值 4. 運行性能變壓器各物理量的參考方向 按電動機慣例，吸收電功和1、 按發電機慣例，發出電功和5、均由同名端流入和6、3、 、 和 符合右手螺旋定則2、 和 符合右手螺旋定則4、 和 符合右手螺旋定則一、變壓器空載運行* 、 都是最大值，一般 * 、 都是由勵磁磁動勢 產生的。1. 主磁通、漏磁通 變壓器正常運行時，設電源電壓為正弦變化，則主磁通的瞬時值為 根據電磁感應定律2.主磁通感應電動勢則電動勢的有效值為同理：取 參考向量，因 落后主磁通 ，則：4.漏磁通感應電動勢3.主磁通感應電動勢結論： , 變比主磁通 決定了感應電動勢E1 的大小。4.1 定義式4.2 一次繞組

6、漏電抗X1的分析 一次繞組漏電抗*漏電抗 X1為常數，即X1不隨電流大小而變化。令一次繞組漏電抗 *把漏磁通感應電動勢看成在漏電抗X1上的負壓降形式。5. 空載運行電壓方程式其中 為一次繞組的電阻 為一次繞組的漏電抗 為一次繞組的漏阻抗空載時的變比為： 由 可知，當電源電壓隨時間按正弦規律變化，則電動勢、磁通必定都按正弦規律變化。根據鐵磁材料的磁化曲線可知，磁通和勵磁電流成飽和曲線關系，即 呈非線性關系。 6. 勵磁電流(1)當磁通為正弦波，由于此路飽和，勵磁電流為尖頂波。(2)磁通與勵磁電流同相位。(3)勵磁電流可以分解為基波和三次諧波。6.1 飽和對勵磁電流的影響根據磁路歐姆定律當計磁路飽

7、和時，隨著結論： 由于鐵損耗的存在，使勵磁電流半波波形非對稱，使勵磁電流波形超前主磁通波形的角度稱鐵耗角，用 表示。 由于勵磁電流波形的非正弦，不能用相量表示。工程上用等效正弦波概念來表征實際勵磁電流思考：單相變壓器220V/110V，如錯把低壓邊接為220V時，問 的變化？6.2 鐵損對勵磁電流的影響 因為空載功率因數很小，所以變壓器空載運行時從電源吸收很大的滯后性無功功率。從相量圖可知： 與( )同相位 從電網吸收有功功率 供鐵耗用； 落后( )90 從電網吸收滯后性無功功率 建立磁場；7. 變壓器空載運行的相量圖其中 Rm勵磁電阻 ； Xm勵磁電抗 Zm勵磁阻抗G0勵磁電導 B0勵磁導納

8、 8. 變壓器空載運行的等效電路所以8. 變壓器空載運行的等效電路Rm勵磁電阻,它是反映變壓器鐵耗大小的等效電阻，不能用伏安法測量。 Xm勵磁電抗， 反映了主磁通對電路的電磁效應。結論：Rm 、Xm都隨磁路的飽和程度增加而減小。磁路飽和 ，X mRmX1R1 ， ，一般X1是與一次繞組漏磁通對應的電抗；Xm是與主磁通對應的電抗 X1是常數， Xm與磁路飽和有關，是一個變化量。二、 變壓器的負載運行1. 一二次電流關系（磁動勢平衡方程式）負載時電壓與電流的關系：1.2 磁動勢 和根據安培環路定律，此時一二次繞組的磁動勢合成產生主磁通。即 ，其中 為合成磁動勢。 1.1 一次側電流能量的觀點用電磁

9、關系來解釋一次繞組的電流由 變成 負載一次繞組一次電流從空載到負載 時，有：從大小關系來看，從空載到滿載，因為電源電壓 不變，所以一次繞組的感應電動勢 變化不大， 。所以 基本不變。1.3 空載一次繞組空載時主磁通是由勵磁電流 產生， 為一次電流的負載分量 變壓器變比當僅考慮數量關系時，一次磁動勢等于二次磁動勢，即 ，所以利用磁動勢平衡的概念來定性分析變壓器負載運行時，可得如下結論：電流之比等于匝數之比， 。由 一次電流負載分量所建立的磁動勢與二次 電流磁動勢相平衡。當略去 時，當 時，即一次電流達到滿載時， 也達到額定值 。2. 負載時二次電壓、電流的關系3. 變壓器的基本方程式4. 折合算

10、法 目的: a 、使一、二次繞組“有”電的連接等效電路，這樣就用電路知識來解題了。 b、畫相量圖方便（定量畫法）。 解決方法（算法根據） 保持 不變，就不會影響 的變化。 定義：保持一個繞組的磁動勢不變而改變其電流和匝數的算法稱為歸算法（折合算法）。 折合值：二次向一次折合為例。 定義：如果保持二次繞組磁動勢不變，而假想它的匝數與一次繞組匝數相同的折合算法，稱為二次繞組折合成一次繞組或簡稱二次向一次折合。 電動勢阻抗負載電壓說明：折合算法其結果不改變變壓器運行的物理本質，既不改變功率，不影響阻抗抗角。如果 則一次向二次折合值為：5. 等效電路 折合后的六個基本方程式: 變壓器“ T ”型等值電

11、路 “T”型等效電路. “一”字型等效電路不適用空載，適用正常負載運行和穩態短路。 “一”字型等效電路 是 、 的夾角，進而可求出 。 由“T”型等效電路可得： 是 、 的夾角，是 的阻抗角，因為求復數阻抗比較繁，所以專業上常常把勵磁支路提前。 簡化等效電路叫短路阻抗 ， 短路電阻， 短路電抗 一般情況沒給勵磁阻抗 ，只給短路阻抗 就用簡化等值電路。6、相量圖已知： 、 、 、 kVA , V, Y,y0聯接， ， ，副邊Y接， 求：已知:例21 (p30) ; ; ; 一個物理量的1、電機學中基值的選擇(一)以額定值為基值相(線)電壓(流)的基值分別是相(線)電壓(流)的額定值。三相(單相)

12、功率的基值分別是三相(單相)的額定功率。(二)視在(有功、無功)功率的基值是一樣的第三節 標幺值P,U(五)電阻、電抗與阻抗取同一基（ , ）。 (三)變壓器的一、二次額定電壓、電流不同，所以一、二次電壓(流)的基值不同。(四)阻抗的基值是相值。一次繞阻阻抗的基值二次繞阻阻抗的基值一次側二次側功率線電壓相電壓線電流相電流阻抗 2、取標幺值的優點(一)一個量與它的折合值的標幺值相等(二) 線值與相值電壓(流)的標幺值相等(三)一相功率與三相功率的標幺值相等(五)計算方便 當電流為額定值時，電阻壓降標幺值=電阻功率標幺值=電阻標幺值。 以電流流過電阻為例(四)便于判定電機運行情況 ，當 滿載 、

13、過載 、 欠載非額定值時： 符合歐姆定律 同理：(六)便于一些數據的記憶 如： 左右，(七)簡化公式可以忽略Z1；1、空載試驗第四節 參數測定忽略Z12、短路試驗 其中， U2N代表變壓器一次繞組接額定電壓，二次繞組開路時，二次電壓U20 就是二次額定電壓。第五節 變壓器的運行性能1、變壓器的電壓調整率定義：采用標幺值表示為：圖2-17 用標幺值的簡化等值電路感性負載簡化相量圖 變壓器的短路阻抗 越小，U也也越小，供電電壓越穩定。 =1時， U稱為額定電壓調整率，標志著變壓器的輸出電壓的穩定程度。2. 變壓器的效率其中:變量 P2 代表 副邊輸出的有功功率；變量 P1 代表 原邊輸入的有功功率； 代表 變壓器的總損耗。單相變壓器：三相變壓器：以上兩式的結果是一樣的。P2的計算:若忽略副邊端電壓在負載時的變化，則：不變損耗可變損耗 銅耗 是一二次繞阻中，電流在電阻上的有功損耗，因此與負載電流平方成正比。代入，