1、2020/9/1,1,電力變壓器的工作原理,一、變壓器基本原理,二、變壓器空載特性,三、變壓器負載特性,四、電力變壓器的型號,五、三相變壓器,2020/9/1,2,變壓器發展史 1884年匈牙利人制造出世界第一臺變壓器。（閉合鐵心式） 1917年我國上海華生電器制造廠生產出我國第一臺變壓器 1953年我國沈陽變壓器廠制造出第一臺仿蘇13500/110單相變壓器。 1954年我國沈陽變壓器廠制造出第一臺單相規格20000/154變壓器。 1958年8月我國沈陽變壓器廠制造出第一臺單相仿蘇40000/220變壓器。 1960年3月我國沈陽變壓器廠制造出第一臺330kV變壓器。 1979年12月我國

2、沈陽變壓器廠制造出第一臺單相500kV型號DFPS-250000/500變壓器。 2005年4月2日保定天威通過750kV型號ODFPS-500000/750變壓器試驗。 2009年1月6日特變電工沈陽變壓器公司生產的1000kV型號ODFS-1000000/1000變壓器投入運行。,2020/9/1,3,世界上第一臺閉合鐵心變壓器,我國第一臺交流1000kV變壓器,2020/9/1,4,一、變壓器基本工作原理,變壓器是一種靜止電器,它通過線圈間的電磁感應,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交流電能. 變壓器是利用電磁感應原理工作，它是由相互絕緣且匝數不等的兩個繞組（構成電

3、路），套裝在有良好導磁性能材料疊成的鐵心上(構成磁路），兩繞組之間只有磁的耦合而沒有電的聯系。,2020/9/1,5,變壓器的一次繞組（一次繞組）與交流電源接通后，經繞組內流過交變電流產生磁動勢 ，在這個磁動勢作用下，鐵芯中便有交變磁通 ，即一次繞組從電源吸取電能轉變為磁能， 在鐵芯中同時交（環）鏈原、副邊繞組（二次繞組），由于電磁感應作用，分別在原、二次繞組產生頻率相同的感應電動勢。如果此時二次繞組接通負載，在二次繞組感應電動勢作用下，便有電流流過負載，鐵芯中的磁能又轉換為電能。這就是變壓器利用電磁感應原理將電源的電能傳遞到負載中的工作原理。 E1=4.44fN1BmS10-4 E2=4.4

4、4fN2BmS10-4,2020/9/1,6,在主磁通的作用下，兩側的線圈分別產生感應電勢，電勢的大小與匝數成正比，K為變壓器變比。,變壓器匝數多的一側電流小，匝數少的一側電流大。變壓器的原、副線圈匝數不同，起到了變壓器作用。 變壓器一次側為額定電壓時，其二次側電壓隨著負載電流的大小和功率因素的高低而變化。,變壓器電流之比與一、二次繞組的匝數成反比，即,2020/9/1,7,二.變壓器的空載特性 變壓器一次繞組接電源，二次繞組開路，負載電流為零，這種情況即為變壓器的空載運行。 N1和N2為一、二次繞組的匝數分別繞在兩個鐵心柱上。,2020/9/1,8,主磁通與漏磁通的區別,1）性質上：m與 I

5、0 成非線性關系； L1 與 I0 成線性關系；,2）數量上： m占99%以上， L1僅占1%以下；,3）作用上： 起傳遞能量的作用， 起漏抗壓降作用。,各電磁量參考方向的規定,一次側遵循電動機慣例，二次側遵循發電機慣例。,磁通與產生它的電流之間符合右手螺旋定則；電動勢與感應它的磁通之間符合右手螺旋定則。,2020/9/1,9,空載電流和空載損耗,一、空載電流,作用與組成,空載電流I0包含兩個分量，一個是勵磁分量I0a，作用是建立磁場，另一個是鐵損耗分量I0r，主要作用是供鐵損耗。,性質：由于空載電流的無功分量遠大于有功分量，所以空載電流主要是感性無功性質也稱勵磁電流；,大小：與電源電壓和頻率

6、、線圈匝數、磁路材質及幾何尺寸有關，用空載電流百分數I0%來表示：,2020/9/1,10,3、空載電流波形,由于磁路飽和，空載電流與由它產生的主磁通呈非線性關系。,當磁通按正弦規律變化時，空載電流呈尖頂波形。,當空載電流按正弦規律變化時，主磁通呈尖頂波形。,實際空載電流為非正弦波，但為了分析、計算和測量的方便，在相量圖和計算式中常用正弦的電流代替實際的空載電流。,2020/9/1,11,變壓器空載時一次側從電源吸收少量的有功功率P0，供給鐵心損耗PFe和繞組損耗IR由于I和R均很小，所以即空載損耗近似為鐵心損耗,對于已制成變壓器，鐵損與磁通密度幅值的平方成正比，與電流頻率的1.3次方成正比，

7、即,空載損耗,空載損耗約占額定容量的0.1%-1%，而且隨變壓器容量的增大而下降。為減少空載損耗，改進設計結構的方向是采用優質鐵磁材料：優質硅鋼片、激光化硅鋼片或應用非晶態合金。,2020/9/1,12,可見，影響主磁通大小的因素有電源電壓和頻率，以及一次線圈的匝數。,U1=-E1-E1+I0R1=-E1+I0R1+jI0X1=-E1+Z1I0,一、電動勢平衡方程和變比,空載時的電動勢方程、等效電路和相量圖,1.電動勢平衡方程,1.1一次側電動勢平衡方程,忽略很小的漏阻抗壓降，并寫成有效值形式，有,U1E1=4.44fN1m,則,2020/9/1,13,2、變比,定義,對三相變壓器，變比為一、

8、二次側的相電動勢之比，近似為額定相電壓之比，具體為,Y，d接線,D，y接線,(2)二次側電動勢平衡方程 U2=E2,2020/9/1,14,空載時的等效電路和相量圖,等效電路,一次側的電動勢平衡方程為,空載時等效電路為,基于E1=-jI0X1表示法，感應的電動勢E1也用電抗壓降表示，由于在鐵心引起鐵損PTE，所以還要引入一個電阻Rm,用I20Rm等效PTE,即,E1=I0(Rm+jXm),U1=-E1+I0Z1 =I0(Rm+jXm+I0(R1+jX1),2020/9/1,15,由于 ，所以有時忽略漏阻抗，空載等效電路只是一個 元件的電路。在 一定的情況下， 大小取決于 的大小。從運行角度講，

9、希望 越小越好，所以變壓器常采用高導磁材料，增大 ，減小 ，提高運行效率和功率因數。,2020/9/1,16,2、相量圖,根據前面所學的方程，可作出變壓器空載時的相量圖：,（1）以 為參考相量,（2） 與 同相， 滯后 ，,（3） 滯后 ， -E1 ；,（4）,（5）,2020/9/1,17,空載運行小結,（1）一次側主電動勢與漏阻抗壓降總是與外施電壓平衡,若忽略漏阻抗壓降，則一次主電勢的大小由外施電壓決定.,（2）主磁通大小由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝數決定，與磁路所用的材質及幾何尺寸基本無關。,（3）空載電流大小與主磁通、線圈匝數及磁路的磁阻有關，鐵心所用材料的導磁性能越好，空載電流越

10、小。,（4）電抗是交變磁通所感應的電動勢與產生該磁通的電流的比值，線性磁路中，電抗為常數，非線性電路中，電抗的大小隨磁路的飽和而減小。,2020/9/1,18,2.變壓器的負載運行 一次側接交流電源，二次側接負載，二次側中便有負載電流流過，這種情況稱為負載運行。,2020/9/1,19,單相變壓器的負載運行,負載運行時的電磁關系,變壓器一次側接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次接上負載的運行狀態，稱為負載運行。,2020/9/1,20,用圖示負載運行時的電磁過程,2020/9/1,21,基本方程,一、磁動勢平衡方程,或,電磁關系將一、二次聯系起來,二次電流增加或減少必然引起一次電流的增加或

11、減少.,用電流形式表示,2020/9/1,22,二、電動勢平衡方程,根據基爾霍夫電壓定律可寫出一、二次側電動勢平衡方程,負載運行時,忽略空載電流有:,表明，一、二次電流比近似與匝數成反比。可見，匝數不同，不僅能改變電壓，同時也能改變電流。,2020/9/1,23,等效電路及相量圖,一、折算,折算原則：1）保持二次側磁動勢不變；2）保持二次側各功率或損耗不變。,方法：（將二次側折算到一次側),折算：將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個繞組(N2=N1)來等效，同時對該繞組的電磁量作相應的變換，以保持兩側的電磁關系不變,用一個等效的電路代替實際的變壓器。,2020/9/1,24,折算后的方程式為,

12、2020/9/1,25,二、等效電路,根據折算后的方程，可以作出變壓器的等效電路。,T型等效電路：,近似等效電路,2020/9/1,26,簡化等效電路：,其中,分別稱為短路電阻、短路電抗和短路阻抗。,由簡化等效電路可知，短路阻抗起限制短路電流的作用，由于短路阻抗值很小，所以變壓器的短路電流值較大，一般可達額定電流的1020倍。,2020/9/1,27,三、相量圖,作相量圖的步驟對應T型等效電路， 假定變壓器帶感性負載。,2020/9/1,28,電力變壓器的型號,特殊使用環境代號,額定電壓,額定容量,特殊用途和特殊結構代號,設計序號,調壓方式,導線材料,繞組數,油循環方式,冷卻方式,相數,產品類

13、別,2020/9/1,29,1、產品類別代號 O-自耦變壓器，通用電力變壓器不標 H-電弧爐變壓器 C-感應電爐變壓器 Z-整流變壓器 K-礦用變壓器 Y-試驗變壓器,2020/9/1,30,2、相數 D-單相變壓器 S-三相變壓器,2020/9/1,31,3、冷卻方式 F-風冷式 S-水冷式 注：油浸自冷式和空氣自冷式不標注,2020/9/1,32,4、油循環方式 自然循環(不標注） P強迫循環,2020/9/1,33,5、繞組數 S三繞組 注：雙繞組不標注,2020/9/1,34,6、導線材料 L鋁繞組 注：銅繞組不標注 Lb表示半鋁、半銅,2020/9/1,35,7、調壓方式 Z有載調壓

14、 注：無勵磁調壓不標注,2020/9/1,36,8、性能水平代號（設計序號）,2020/9/1,37,9、特殊用途或特殊結構代號 Z低噪聲用； L電纜引出 X現場組裝式； J中性點為全絕緣； CY發電廠自用變壓器 K內置電抗器,2020/9/1,38,10、變壓器的額定容量 變壓器的額定容量，單位為KVA、MVA。,2020/9/1,39,11、變壓器的額定電壓 變壓器的額定容量，單位為KV。,2020/9/1,40,電力變壓器的型號,例1： 一臺三相、油浸、風冷、雙繞組、無勵磁調壓、銅導線、20000 kVA、110 kV級電力變壓器產品，其性能水平符合GB/T 6451規定，該產品的型號為

15、：,SF920000/110,2020/9/1,41,電力變壓器的型號,例2： 一臺三相、油浸、水冷、強迫油循環、雙繞組、有載調壓、銅導線、370000 kVA、220 kV級電力變壓器的產品，其性能水平符合GB/T 6451規定，該產品的型號為：,SSPZ9370000/220,2020/9/1,42,變壓器額定值的含義和作用,1.額定容量 SN ：指變壓器的視在功率。對三相變壓器指三相容量之和。 單位：伏安（VA） 千伏安（kVA）兆伏安（MVA) 2.額定電壓 UN ：U1N 指電源加到原邊繞組上的電壓， U2N 是副邊繞組開路即空載運行時副繞組的端電壓。對于三相變壓器一般指線電壓值。

16、單位：伏（V） 千伏（kV） 3.額定電流IN（A） 指變壓器在額定容量下允許長期通過的工作電流。 單位：安培（A） 額定容量、額定電壓、額定電流之間關系為 單相變壓器 SN=U1NI1N=U2NI2N 三相變壓器 SN=3U1NI1N=3U2NI2N,2020/9/1,43,三相變壓器,磁路系統,一、組式磁路變壓器,二、心式磁路變壓器,特點是：三相磁路彼此無關聯。,特點是：三相磁路彼此有關聯。,2020/9/1,44,3.7.2 電路系統,一、變壓器的端頭標號,2020/9/1,45,二、單相變壓器的極性,一、二次繞組的同極性端同標志時，一、二次繞組的電動勢同相位。,一、二次繞組的同極性端異

17、標志時，一、二次繞組的電動勢反相位。,2020/9/1,46,三、三相變壓器的連接組別 連接組別：反映三相變壓器連接方式及一、二次線電動勢（或線電壓）的相位關系。 三相變壓器的連接組別不僅與繞組的繞向和首末端標志有關，而且還與三相繞組的連接方式有關。理論和實踐證明，無論采用怎樣的連接方式，一、二次側線電動勢（線電壓）的相位差總是300的整數倍。 因此可以采用時鐘表示法 EUV 作為時鐘的分針，指向12 點， Euv作為時鐘的時針，其指向的數字就是三相變壓器的組別號。組別號的數字乘以300，就是二次繞組的線電動勢滯后于一次側電動勢的相位角。,2020/9/1,47,連接組別可以用相量圖來判斷：,

18、若高壓繞組三相標志不變，低壓繞組三相標志依次后移，可以得到Y,y4、Y,y8連接組別。,1、Y，y連接,同名端在對應端，對應的相電動勢同相位，線電動勢 EUV 和 Euv也同相位，連接組別為Y，y0。,同理，若異名端在對應端，可得到Y，y6、Y,y10和Y,y2連接組別。,2020/9/1,48,若高壓繞組三相標志不變，低壓繞組三相標志依次后移，可以得到Y,d3、Y,d7連接組別。,2、Y，d連接-11,同名端在對應端，對應的相電動勢同相位，線電動勢 EUV 和Euv 相差3300，連接組別為Y，d11。,同理，若異名端在對應端，可得到Y，d5、Y,d9和Y,d1連接組別。,2020/9/1,49,若高壓繞組三相標志不變，低壓繞