第三章-变压器课件

1重庆大学自动化学院重庆大学自动化学院电机学及拖动基础电机学及拖动基础1重庆大学自动化学院电机学及拖动基础2第三章第三章 变压器器2第三章 变压器3 主要内容主要内容第一节第一节 变压器的工作原理、分类及结构变压器的工作原理、分类及结构第二节第二节 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行第三节第三节 单相变压器的基本方程式单相变压器的基本方程式第四节第四节 变压器的等效电路及相量图变压器的等效电路及相量图第五节第五节 等效电路的参数测定等效电路的参数测定第六节第六节 三相变压器三相变压器第七节第七节 变压器的稳态运行变压器的稳态运行第八节第八节 自耦变压器与互感器自耦变压器与互感器3 主要内容第一节 变压器的工作原理、分类及结构4本章要求本章要求了解了解变压器的用途、分器的用途、分类、主要、主要结构构掌握掌握变压器的基本工作原理器的基本工作原理掌握掌握变压器的器的额定参数定参数熟熟练掌握掌握变压器空在运行物理情况、器空在运行物理情况、电动势平衡方程式、平衡方程式、向量向量图和等效和等效电路路熟熟练掌握掌握单相相变压器器负载运行的基本方程式运行的基本方程式熟熟练掌握掌握变压器器负载时的等效的等效电路和向量路和向量图熟熟练掌握掌握三相三相变压器的器的联结组别掌握掌握变压器的器的电压调整率、效率的整率、效率的计算算了解了解自耦自耦变压器、互感器的原理和使用器、互感器的原理和使用时的注意事的注意事项4本章要求了解变压器的用途、分类、主要结构5为什么要什么要变压器？器？假假设现在需要在需要110V的的电压，你如何，你如何实现？-用用电阻或阻或电抗降抗降压-采用整流后再逆采用整流后再逆变的方式的方式实现特点：（特点：（电压与与负载关系关系较大，大，损耗大、耗大、电压直直接关接关联）有没有其他方式？可以采用有没有其他方式？可以采用变压器。器。5为什么要变压器？6第一第一节 工作原理、分工作原理、分类及及结构构变压器器是利用是利用电磁感磁感应原理原理从一个从一个电路向另一个路向另一个电路路传递能量或能量或传输信号信号的一种的一种电器器一、变压器的工作原理一、变压器的工作原理6第一节 工作原理、分类及结构变压器是利用电磁感应原理从一个7变压器的特点器的特点1.利用利用电磁感磁感应定律工作，定律工作，实现变压，变压前后前后电压之之间没有直接没有直接电的的联系。系。2.由于其各部分在工作中静止不由于其各部分在工作中静止不动，故称，故称为器器3.将某一等将某一等级的交流的交流电压变成同一成同一频率的另一个率的另一个电压4.变压器不器不仅可以可以变压，而且可以，而且可以变流、流、变负载、变相位。相位。7变压器的特点8变压器器结构的基本要求：构的基本要求：变压器要器要实现以上特点，其以上特点，其结构上必构上必须保保证：1.有有输入回路，入回路，实现电源的源的输入入输入回路也称原入回路也称原边绕组或一次或一次绕组，用下，用下标1表示；表示；2.有有输出回路，出回路，实现电压输出出输出回路也称副出回路也称副边绕组或二次或二次绕组，用下，用下标2表示表示3.实现输入和入和输出回路之出回路之间的磁耦合的磁耦合-铁芯芯8变压器结构的基本要求：思考：思考：变压器的原器的原边绕组和副和副边绕组的数量是否有限制？的数量是否有限制？9思考：变压器的原边绕组和副边绕组的数量是否有限制？910 第一节第一节 工作原理、分类及结构工作原理、分类及结构变压器的主要部件器的主要部件铁心和套在心和套在铁心上的两个心上的两个绕组。两。两绕组只有磁耦合而没有只有磁耦合而没有电的的联系系一次一次绕组接交流接交流电源的源的线圈，圈，其匝数其匝数为N1二次二次绕组（或次（或次级绕组）接到用接到用电设备上的上的线圈，其匝圈，其匝数数为N2工作原理工作原理在一次在一次绕组中加上交中加上交变电压，产生交生交链一、二一、二次次绕组的交的交变磁通，在两磁通，在两绕组中分中分别感感应电动势10 第一节 工作原理、分类及结构11按用途分：按用途分：电力力变压器器(升升压压、降、降压压、配、配电电）、特种特种变压器器(电电炉、炉、整流整流等等）、仪用互感器用互感器（电压、电流互感器）流互感器）按按绕组数目分：数目分：单绕组（自耦）（自耦）变压器、双器、双绕组变压器、三器、三绕组变压器器和多和多绕组变压器器按相数分：按相数分：单相相变压器、三相器、三相变压器和多相器和多相变压器器按按铁心心结构分：构分：芯式芯式变压器和壳式器和壳式变压器。器。按冷却介按冷却介质和冷却方式分：和冷却方式分：干式干式变压器、油浸式器、油浸式变压器和充气式器和充气式变压器器二、变压器的分类二、变压器的分类第一第一节 工作原理、分工作原理、分类及及结构构11按用途分：二、变压器的分类第一节 工作原理、分类及结构12第一第一节 工作原理、分工作原理、分类及及结构构电源变压器电源变压器电力变压器电力变压器控制变压器控制变压器接触调压器接触调压器三相干式变压器三相干式变压器12第一节 工作原理、分类及结构电源变压器电力变压器控制变压13第一第一节 工作原理、分工作原理、分类及及结构构用用0.350.5mm厚的厚的热轧或冷或冷轧硅硅钢片叠成片叠成片片间涂以涂以0.010.013mm厚的漆膜，减少厚的漆膜，减少损耗耗 分分为铁心柱与心柱与铁轭两部分两部分铁心有芯式和壳式两种基本形式心有芯式和壳式两种基本形式三、变压器的结构三、变压器的结构1.1.磁路部分磁路部分铁心铁心13第一节 工作原理、分类及结构用0.350.5mm厚的热14第一第一节 工作原理、分工作原理、分类及及结构构单相芯式变压器单相芯式变压器1 1铁心柱铁心柱 2 2铁轭铁轭3 3高压线圈高压线圈 4 4低压线圈低压线圈单相壳式变压器单相壳式变压器1 1铁心柱铁心柱 2 2铁轭铁轭 3 3绕组绕组14第一节 工作原理、分类及结构单相芯式变压器1铁心柱 15第一第一节 工作原理、分工作原理、分类及及结构构用用纸包、包、纱包或漆包的包或漆包的绝缘扁扁线或或圆线绕成成 感感应电势、通、通过电流、流、实现机机电能量能量转换高高压绕组接高接高压电网网低低压绕组接低接低压电网网结构形式构形式同心式和交叠式同心式和交叠式1 1低压绕组低压绕组 2 2高压绕组高压绕组交叠式绕组交叠式绕组2.2.电路部分电路部分绕组绕组低压低压低压低压高压高压高压高压同心式绕组同心式绕组15第一节 工作原理、分类及结构用纸包、纱包或漆包的绝缘扁线16油浸式电力变压器油浸式电力变压器1 1信号式温度计信号式温度计2 2吸湿器吸湿器3 3储油柜储油柜4 4油位计油位计5 5安全气道安全气道6 6气体继电器气体继电器7 7高压套管高压套管8 8低压套管低压套管9 9分接开关分接开关1010油箱油箱1111铁心铁心1212线圈线圈1313放油阀门放油阀门16油浸式电力变压器1信号式温度计17额定容量定容量视在功率（用在功率（用SN 表示表示)，电压电流流单位：位：kVA，VA一、二次一、二次绕组相等（因效率高）相等（因效率高）额定定电压 U1N是是电源加到一次源加到一次绕组上的上的额定定电压，U2N是一次是一次绕组加上加上额定定电压后二次后二次绕组的空的空载电压对于三相于三相变压器，指的是器，指的是线电压值3.3.变压器的额定值变压器的额定值第一节第一节 工作原理、分类及结构工作原理、分类及结构17额定容量3.变压器的额定值第一节 工作原理、分类及结构18额定电流额定电流一次和二次绕组上分别为一次和二次绕组上分别为I1N和和I2N ，单位，单位 A,kA根据根据SN，UN计算计算单相变压器单相变压器三相变压器为线电流三相变压器为线电流额定频率额定频率fN我国的规定为我国的规定为50Hz第一节第一节 工作原理、分类及结构工作原理、分类及结构18额定电流第一节 工作原理、分类及结构变压器的主要作用是器的主要作用是变压，那么，那么变压的效果与哪些参数有的效果与哪些参数有关呢？关呢？如何去分析如何去分析变压器的器的变压关系？关系？19变压器的主要作用是变压，那么变压的效果与哪些参数有关呢？19首先，原副首先，原副边的关系是通的关系是通过磁通磁通联系起来的，因此有磁通系起来的，因此有磁通必然会有必然会有电势，所以原副，所以原副边的的电势关系是固定的；关系是固定的；因此要分析原副因此要分析原副边电压之之间的关系，就需要分析的关系，就需要分析电压与与电势之之间的关系，即的关系，即电压平衡方程式平衡方程式电压平衡方程式的基本分析思路：找到所有的平衡方程式的基本分析思路：找到所有的电量、确定量、确定各个各个电量的正方向、采用基量的正方向、采用基尔霍夫定律霍夫定律进行描述。行描述。针对电压平衡方程式，因此可以分析平衡方程式，因此可以分析变压器空器空载的情况。的情况。20首先，原副边的关系是通过磁通联系起来的，因此有磁通必然会有电21空空载运行运行变压器匝数器匝数为N1的一次的一次绕组加上交流加上交流电压，变压器匝数器匝数为N2的二次的二次绕组开路。开路。第二节第二节 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行一、空载运行时的物理情况一、空载运行时的物理情况21空载运行变压器匝数为N1的一次绕组加上交流电压，变压22副边产生电压的原因副边产生电压的原因 u1交变交变-i0交变交变-磁通交变磁通交变-产生电势产生电势-副边产生副边产生电压电压原副边的电势大小关系：原副边的电势大小关系：原副边电压之间的关系：原副边电压之间的关系：空载运行的电势平衡方程式：空载运行的电势平衡方程式：原边的电量：输入电压、内阻压降、漏电势、电势原边的电量：输入电压、内阻压降、漏电势、电势 副边的电量：电势、输出电压副边的电量：电势、输出电压22副边产生电压的原因23空空载时，忽略，忽略i0R1和和e1，u1e1，设=msint感感应电动势e1 和和e2 滞后于滞后于 的的电角度角度均均为90，有效，有效值为1 1、感应电动势与主磁通、感应电动势与主磁通第二节第二节 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行23空载时，忽略i0R1和e1，u1e1，设=msi24E1和和E2的时间相量表达式的时间相量表达式可见，感应电动势的大小正比于频率、绕组匝数和与绕组可见，感应电动势的大小正比于频率、绕组匝数和与绕组交链的磁通量幅值。交链的磁通量幅值。第二节第二节 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行24E1和E2的时间相量表达式可见，感应电动势的大小正比于频25正方向的正方向的规定定电动机机惯例例电源方向源方向电流方向流方向电流方向流方向磁通方向（右手螺旋定磁通方向（右手螺旋定则）磁通方向磁通方向感感应电动势方向（右手螺旋定方向（右手螺旋定则）在在电源源电压电流流磁通磁通感感应电动势的情况下，的情况下，电流方向就是感流方向就是感应电动势方向方向2 2、电势平衡方程式、电势平衡方程式25正方向的规定电动机惯例2、电势平衡方程式26在同一支路内，电压与电流的正方向一致。在同一支路内，电压与电流的正方向一致。磁通量正方向与电流正方向之间符合右手螺旋定则。磁通量正方向与电流正方向之间符合右手螺旋定则。由交变磁通量产生的感应电动势正方向与产生该磁通由交变磁通量产生的感应电动势正方向与产生该磁通量的电流正方向一致，并有量的电流正方向一致，并有e=-Nd/dt的关系。的关系。第一节第一节 工作原理、分类及结构工作原理、分类及结构26在同一支路内，电压与电流的正方向一致。第一节 工作原理、27一次绕组和二次绕组的电动势平衡方程式一次绕组和二次绕组的电动势平衡方程式i0 空载电流空载电流 u20 二次绕组的空载电压二次绕组的空载电压R1 一次绕组的电阻一次绕组的电阻 主磁通主磁通1 一次绕组漏磁通一次绕组漏磁通第二节第二节 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行27一次绕组和二次绕组的电动势平衡方程式i0 空载电流第28空空载电流包含两个分量流包含两个分量磁化磁化电流（流（I），），建立磁建立磁场，产生主磁生主磁通，是无功分量通，是无功分量损耗耗电流（流（IFe），），供供变压器器铁心心损耗，耗，是有功分量是有功分量空空载电流性流性质I IFe，空空载电流主要是感性无功性流主要是感性无功性质，也称，也称励磁励磁电流（流（Im）3 3、空载电流、空载电流第二节第二节 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行I0IFeI28空载电流包含两个分量3、空载电流第二节 单相变压器的空载29电流、流、电感、磁感、磁链的关系：的关系：磁磁链：通：通过一个一个线圈的磁通与圈的磁通与线圈匝数的乘圈匝数的乘积；电感感L：若一个：若一个线圈本身的圈本身的电流流为I I,所所产生的磁生的磁链为，则定定义该线圈由磁圈由磁链所所产生的生的电感感L=L=/I./I.4 4、漏电势与空载电流的关系漏电势与空载电流的关系29电流、电感、磁链的关系：4、漏电势与空载电流的关系30漏磁通漏磁通1通通过的磁路是的磁路是线性的，漏磁性的，漏磁链1与与产生漏磁生漏磁链的的电流流Im呈呈线性关系，漏性关系，漏电势可表示可表示为：若励磁若励磁电流流im按正弦按正弦规律律变化，即化，即漏漏电抗抗X1 是一次是一次绕组的一个参数，表征了漏磁通的一个参数，表征了漏磁通对电路的路的电磁效磁效应5 5、将感应电势转化为阻抗压降、将感应电势转化为阻抗压降第二节第二节 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行30漏磁通1通过的磁路是线性的，漏磁链1与产生漏磁链31二、空载时的电动势平衡方程式、相量图及等效电路二、空载时的电动势平衡方程式、相量图及等效电路其中，其中，Z 1R1+jX1 一次绕组漏阻抗，固有常数一次绕组漏阻抗，固有常数 Zm 变压器的励磁阻抗变压器的励磁阻抗 Xm 变压器的励磁电抗变压器的励磁电抗 Rm 变压器的励磁电阻变压器的励磁电阻第二节第二节 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行1.1.电动势平衡方程式电动势平衡方程式31二、空载时的电动势平衡方程式、相量图及等效电路其中，Z 322.2.相量图相量图第二节第二节 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行以主磁通以主磁通m作作为参考向量参考向量E1落后落后90o322.相量图第二节 单相变压器的空载运行以主磁通m作为参33Rm和和Xm因因铁心中存在心中存在发热和和饱和和现象，象，都是都是变量，是虚量，是虚拟值，且，且XmRmXm是表征是表征铁心磁化性能的一个心磁化性能的一个综合参合参数，并随数，并随铁心心饱和程度的增加而减小和程度的增加而减小Rm是表征是表征铁心心发热而消耗有功功率的而消耗有功功率的一个参数一个参数.等效电路等效电路第二节第二节 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行-33Rm和Xm因铁心中存在发热和饱和现象，都是变量，是虚拟值34变压器空器空载运行小运行小结：原副原副边电压大小与大小与线圈的匝数成正比；圈的匝数成正比；电势和漏和漏电势都是一种阻抗都是一种阻抗压降；降；可以用相量可以用相量图和等效和等效电路来表示路来表示变压器。器。34变压器空载运行小结：变压器原副器原副边的的电压关系确定了，那关系确定了，那变压器原副器原副边之之间电流是否有关系？流是否有关系？副副边有了有了电流会流会对原原边产生什么生什么样的影响？的影响？副副边的的电流会流会产生磁生磁场-影响原影响原边电流流产生的磁生的磁场-因此磁因此磁场为原副原副边磁磁场的叠加的叠加-叠加后的磁叠加后的磁场是多大？是多大？35变压器原副边的电压关系确定了，那变压器原副边之间电流是否有关36第三节第三节 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行负载运行负载运行变压器变压器一次侧一次侧接在接在额定频率额定频率、额定电压额定电压的交流的交流电源上，电源上，二次侧接上负载二次侧接上负载的运行状态的运行状态一、负载运行时的物理情况一、负载运行时的物理情况负载运行时变压器的哪些物理量发生了什么变化？负载运行时变压器的哪些物理量发生了什么变化？36第三节 单相变压器的负载运行负载运行变压器一次侧接在37电路、磁路的工作情况：路、磁路的工作情况：变化化I20 N2I20企企图在一次在一次绕组中感中感应电动势I1ImU1=常数常数则E1常数，常数，m常数常数达到新的达到新的电动势平衡的条件平衡的条件一次一次绕组的的电流增量所流增量所产生的磁生的磁动势与一次与一次绕组的的电流流产生的磁生的磁动势相抵消，以相抵消，以维持主磁通基本不持主磁通基本不变，以及由主磁通所感，以及由主磁通所感应产生的生的电动势基基本不本不变第三节第三节 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行37电路、磁路的工作情况：第三节 单相变压器的负载运行38即有磁动势平衡关系：即有磁动势平衡关系：上式表明：上式表明：一次绕组从电网吸收的功率传递给二次绕组一次绕组从电网吸收的功率传递给二次绕组二次绕组电流增加或减小的同时，引起一次绕组电流二次绕组电流增加或减小的同时，引起一次绕组电流的增加或减小，吸收的功率也增大或减小的增加或减小，吸收的功率也增大或减小第三节第三节 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行38即有磁动势平衡关系：第三节 单相变压器的负载运行39二、负载运行时的基本方程式二、负载运行时的基本方程式1 1、磁动势平衡方程式、磁动势平衡方程式第三节第三节 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行或或39二、负载运行时的基本方程式1、磁动势平衡方程式第三节 单40Im是励磁电流，恒定量，是励磁电流，恒定量，Im=（0.020.1）I1N上式表明：上式表明：负载时一次绕组中的电流由维持主磁通的负载时一次绕组中的电流由维持主磁通的励磁分量和励磁分量和补偿二次绕组磁动势作用的补偿二次绕组磁动势作用的负载分量组成负载分量组成在额定负载时，在额定负载时，I1比比Im大很多，负载分量是大很多，负载分量是I1中的中的主要部分主要部分第三节第三节 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行40Im是励磁电流，恒定量，Im=（0.020.1）I1412 2、电动势平衡方程式、电动势平衡方程式分别为一次和二次绕组的漏阻抗、电阻和漏电抗。分别为一次和二次绕组的漏阻抗、电阻和漏电抗。第三节第三节 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行412、电动势平衡方程式分别为一次和二次绕组的漏阻抗、电阻和42一次一次侧电压方程方程二次二次侧电压方程方程一、二次一、二次侧电动势联系系一、二次一、二次侧磁磁动势联系系励磁方程励磁方程负载方程方程变压器负载运行时的基本方程变压器负载运行时的基本方程第三节第三节 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行42一次侧电压方程变压器负载运行时的基本方程第三节 单相变压43某某一一单相相变压器器，原原副副边匝匝数数比比k=10，原原边的的参参数数为R1=1欧欧，X1=1,Rm=2,Xm=2;副副边参参数数为R2=1,X2=1,负载RL=10欧欧，若若副副边所所能能承承受受的的最最大大电流流为2A，则原原边能加的最大能加的最大电压为多大？多大？43某一单相变压器，原副边匝数比k=10，原边的参数为R1=44通通过基本方程求解存在的基本方程求解存在的问题变压器一次器一次绕组和二次和二次绕组没有直接没有直接电路的路的联系，只有系，只有磁路的磁路的联系，分析不便。系，分析不便。解决解决办法法采用采用绕组归算，算，得到得到变压器的器的等效等效电路路。第四节第四节 变压器的等效电路及相量图变压器的等效电路及相量图44通过基本方程求解存在的问题第四节 变压器的等效电路及相量45归算算用一个匝数与一次用一个匝数与一次绕组相同、相同、电磁效磁效应与二次与二次绕组相同的相同的绕组代替代替实际的二次的二次绕组实际值实际绕组的各个量的各个量归算算值假想假想绕组的各个量的各个量归算原算原则变压器的器的电磁本磁本质不不变保持二次保持二次侧磁磁动势不不变保持二次保持二次侧各功率或各功率或损耗不耗不变一、绕组归算一、绕组归算第四节第四节 变压器的等效电路及相量图变压器的等效电路及相量图45归算用一个匝数与一次绕组相同、电磁效应与二次绕组相同46二次二次绕组归算后，算后，变压器一次和二次器一次和二次绕组具有同具有同样的匝数，的匝数，而而电动势的大小与的大小与绕组的匝数成正比，即的匝数成正比，即1.1.电动势和电压的归算电动势和电压的归算第四节第四节 变压器的等效电路及相量图变压器的等效电路及相量图46二次绕组归算后，变压器一次和二次绕组具有同样的匝数，而电472.2.电流的归算电流的归算3.3.阻抗的归算阻抗的归算原则原则归算前后电阻归算前后电阻铜耗铜耗及漏感中及漏感中无功功率无功功率不变不变原则原则保持折算前后保持折算前后F2不变不变第四节第四节 变压器的等效电路及相量图变压器的等效电路及相量图472.电流的归算3.阻抗的归算原则归算前后电阻铜耗及漏48归算后的基本方程式归算后的基本方程式思考：思考：经过归算后的绕组，能量是否改变？经过归算后的绕组，能量是否改变？第四节第四节 变压器的等效电路及相量图变压器的等效电路及相量图48归算后的基本方程式思考：经过归算后的绕组，能量是否改变？49归算后的特点算后的特点K=1a、b和和c、d分分别是等是等电位点，可位点，可连接起来而不改接起来而不改变运行运行情况情况可得到可得到T形等效形等效电路，作路，作为变压器模器模拟仿真的仿真的电路模型路模型二、等效电路二、等效电路第四节第四节 变压器的等效电路及相量图变压器的等效电路及相量图49归算后的特点二、等效电路第四节 变压器的等效电路及相量图50等效阻抗等效阻抗优点点物理意物理意义清楚清楚缺点缺点并并联支路多，复数运算麻支路多，复数运算麻烦第四节第四节 变压器的等效电路及相量图变压器的等效电路及相量图50等效阻抗第四节 变压器的等效电路及相量图51T型等效型等效电路的缺点路的缺点包含串、并包含串、并联回路，复数运算复回路，复数运算复杂实际变压器中器中 很小，很小，负载变化化时变化不大化不大假定假定ImZ1 不随不随负载变化，化，则将将T型等效型等效电路中的励磁支路移路中的励磁支路移出，并出，并联在在电源端口，得到源端口，得到型等型等值电路路三、近似等效电路图三、近似等效电路图第四节第四节 变压器的等效电路及相量图变压器的等效电路及相量图51T型等效电路的缺点包含串、并联回路，复数运算复杂三、52负载运行运行时，Im在在I1N中所占的比例很小。在工程中所占的比例很小。在工程实际计算中，忽略算中，忽略Im，得到更得到更简单的阻抗串的阻抗串联电路路Rk、Xk和和Zk分分别称称为短路短路电阻、短路阻、短路电抗和短路阻抗，抗和短路阻抗，统称称为变压器的器的短路参数短路参数物理意物理意义：短路阻抗很小，短路阻抗很小，变压器器稳态运行运行时短路短路则电流流短路阻抗短路阻抗对于于负载来来说，相当于，相当于变压器的器的“内阻内阻”第四节第四节 变压器的等效电路及相量图变压器的等效电路及相量图52负载运行时，Im在I1N中所占的比例很小。在工程实际计53基本方程式基本方程式是是变压器的器的电磁关系的数学表达式磁关系的数学表达式原始，准确原始，准确定量定量等效等效电路路是基本方程式的模是基本方程式的模拟电路路简化：化：场路路定量定量计算、定性分析算、定性分析相量相量图是是基本方程的基本方程的图示表示示表示对应于等效于等效电路路定性分析定性分析单相变压器基本方法总结单相变压器基本方法总结第四节第四节 变压器的等效电路及相量图变压器的等效电路及相量图53基本方程式是变压器的电磁关系的数学表达式单相变压器基本方变压器原副器原副边电流成正比，与流成正比，与绕组匝数成反比；匝数成反比；变压器副器副边的的负载等效到原等效到原边为匝数比的平方关系；匝数比的平方关系；那么原副那么原副边绕组电势的相位有何关系？的相位有何关系？54变压器原副边电流成正比，与绕组匝数成反比；54由于原副由于原副边绕组通通过的是同一个磁的是同一个磁场，因此原副，因此原副边绕组所所产生的生的电势方向相同；方向相同；由于每一个由于每一个绕组都有始端和末端，人都有始端和末端，人们通常指的通常指的电势方向方向都是始端指向末端都是始端指向末端由于始端和末端的定由于始端和末端的定义位置不同，所以位置不同，所以电势的方向要么同的方向要么同相要么反相相要么反相为了区了区别，引入同名端，引入同名端55由于原副边绕组通过的是同一个磁场，因此原副边绕组所产生的电势56一、同名端：一、同名端：单相相变压器原副器原副边的的电势不是同相就是反相。不是同相就是反相。同名端同名端一、二次一、二次绕组被同一交被同一交变的主磁通的主磁通交交链，在任一瞬在任一瞬间，一次，一次绕组一端点一端点电位位为正，二次正，二次绕组也也有一端点有一端点电位位为正。正。这两个端点两个端点为“同名端同名端”，在旁，在旁边用用“”表示表示第六节第六节 三相变压器三相变压器Xa56一、同名端：第六节 三相变压器Xa始端、末端是始端、末端是绕组的物理位置的物理位置同名端是同名端是绕组的的电势相位端相位端那么三相那么三相变压器原副器原副边之之间的相位关系呢？的相位关系呢？57始端、末端是绕组的物理位置5758二、三相二、三相变压器的器的结构：构：三个原三个原边绕组三个副三个副边绕组铁芯独立或心式芯独立或心式58二、三相变压器的结构：59由三个由三个单相相变压器器的的铁心心组成成特点：特点：三相磁路彼三相磁路彼此无关此无关特点：特点：磁路有关系，磁路有关系，一相磁路以另外两一相磁路以另外两相磁路作相磁路作为闭合磁合磁路路1.1.三相组式变压器三相组式变压器 2.2.三相芯式变压器三相芯式变压器第六节第六节 三相变压器三相变压器三相变压器的磁路系统三相变压器的磁路系统 铁心的结构形式铁心的结构形式59由三个单相变压器的铁心组成1.三相组式变压器 2.三相芯60原原边绕组始端：始端：A、B、C原原边绕组末端：末端：X、Y、Z副副边绕组始端：始端：a、b、c副副边绕组末端：末端：x、y、z第六节第六节 三相变压器三相变压器60原边绕组始端：A、B、C第六节 三相变压器三相三相变压器器为什么能什么能够成成为三相呢？三相呢？物理上需要三个原物理上需要三个原边绕组、三个副、三个副边绕组；原理上需要三；原理上需要三个个绕组之之间的的电压相位互差相位互差120度。度。就是需要提供三相就是需要提供三相电源才能成源才能成为三相三相变压器器三相三相电源有三相四源有三相四线制，那么与制，那么与变压器如何器如何连接？接？三相三相变压器的器的连接方法接方法-联接法接法61三相变压器为什么能够成为三相呢？6162联结法法三相三相变压器器绕组的的联结方式，方式，星形星形和和三角形三角形联结高高压绕组首端由首端由A、B、C表示，末端由表示，末端由X、Y、Z表示；表示；低低压绕组首端由首端由a、b、c表示，末端由表示，末端由x、y、z表示。表示。三、三相变压器的电路系统三、三相变压器的电路系统联结组联结组1 1、联结法、联结法第六第六节 三相三相变压器器62联结法三相变压器绕组的联结方式，星形和三角形联结三、63星形星形联接（接（Y或或y）首端引出，末端首端引出，末端连在一起称在一起称为中性中性点，用点，用N（或（或n）表示）表示三角形三角形联接（接（D或或d）各相各相连接次序接次序为AXC ZBY（axczby），首端引出），首端引出高高压绕组联结符号写在前，低符号写在前，低压绕组联结符号写在后，符号写在后，规定符号表示定符号表示联结法。如法。如YNd表示高表示高压绕组作星形作星形联结，并，并引出中性点，低引出中性点，低压绕组作三角形作三角形联结第六节第六节 三相变压器三相变压器63星形联接（Y或y）首端引出，末端连在一起称为中性点，64三相三相变压器的器的联结法共有四种：法共有四种：YyYdDyDd三相三相变压器原副的相位关系如何？器原副的相位关系如何？-联接接组64三相变压器的联结法共有四种：三相三相变压器同器同组原副原副边之之间的的电势关系依然是同相或反相关系依然是同相或反相的关系；的关系；三相三相变压器原副器原副边之之间的的电压相位关系：是指原相位关系：是指原边 与副与副边 之之间的相位关系的相位关系由于副由于副边哪一相是哪一相是a相是人相是人为指定的，因此其相位是不同指定的，因此其相位是不同的，研究的，研究这种相位关系种相位关系-称称为联接接组。65三相变压器同组原副边之间的电势关系依然是同相或反相的关系；666联结组联结组三相变压器一、二次绕组三相变压器一、二次绕组线电压的相位关系线电压的相位关系的不同组合的不同组合三相变压器的相位：三相变压器的相位：与与 之间顺时钟所转过的之间顺时钟所转过的角度。角度。2 2、联结组、联结组第六节第六节 三相变压器三相变压器66联结组三相变压器一、二次绕组线电压的相位关系的不同组67对于三相于三相变压器，无器，无论采用什么采用什么联结法，一、二次法，一、二次线电压的的相位差相位差总是是30o电角度的倍数角度的倍数时钟表示法表示法标志志变压器高、低器高、低压绕组电压的相位关系的相位关系高、低高、低压绕组两个两个电压三角形的重心重合在一起，把三角形的重心重合在一起，把高高压侧线电压三角形的一条中性三角形的一条中性线作作为时钟的的长针，指向，指向钟面面的的12点，再把点，再把低低压侧线电压三角形中相三角形中相对应的中性的中性线作作为时钟的的短短针，它所指向，它所指向钟面上的数字，就面上的数字，就为变压器的器的联接接组别的的标号号第六节第六节 三相变压器三相变压器67对于三相变压器，无论采用什么联结法，一、二次线电压的相位68第六节第六节 三相变压器三相变压器判判别三相三相变压器器联结组标号的步号的步骤:按按规定的定的绕组端子端子标志，志，连接成所接成所规定的定的联结组，画，画出出联结图标明明绕组的同名端和相的同名端和相电压的方向的方向判断同一相的相判断同一相的相电压相位，画出高、低相位，画出高、低压绕组电压三三角形，并将两个三角形重心重合角形，并将两个三角形重心重合根据高、低根据高、低压绕组线电压三角形重心重合后的三角形重心重合后的对应中中性性线位置位置，确定，确定联结组别标号号68第六节 三相变压器判别三相变压器联结组标号的步骤:69ABC第六节第六节 三相变压器三相变压器ABCabcnNabcnN69ABC第六节 三相变压器ABCabcnNabcnN70联结组的几点的几点认识：当当变压器的器的绕组标志（同名端或首末端）改志（同名端或首末端）改变时，变压器的器的联接接组号也随着改号也随着改变Y/Y联接的三相接的三相变压器，器，其其联接接组号都是偶数号都是偶数Y/D联接的三相接的三相变压器，其器，其联接接组号都是奇数号都是奇数D/D联接可以得到与接可以得到与Y/Y联接相同的接相同的组号；号；D/Y联接也接也可以得到与可以得到与Y/D联接相同的接相同的组号号最常用的最常用的联接接组是是Y/Y0 和和Y/D11第六节第六节 三相变压器三相变压器70联结组的几点认识：第六节 三相变压器71自耦自耦变压器器仅有一个有一个绕组，其一次、，其一次、二次二次绕组之之间既有磁的耦合，又有既有磁的耦合，又有电的的联系系自耦自耦变压器可以器可以设想想为从双从双绕组变压器演器演变而来。而来。实质上，自耦上，自耦变压器就是利用一个器就是利用一个绕组抽抽头的的办法来法来实现改改变电压的一种的一种变压器。器。第八节第八节 自耦变压器与互感器自耦变压器与互感器一、自耦变压器一、自耦变压器1 1、工作原理、工作原理71自耦变压器仅有一个绕组，其一次、二次绕组之间既有磁的耦合72额定容量额定容量电压比电压比在不计励磁电流的条件下，根据磁动势平衡方程式在不计励磁电流的条件下，根据磁动势平衡方程式根据基尔霍夫电流定律根据基尔霍夫电流定律第八节第八节 自耦变压器与互感器自耦变压器与互感器a72额定容量电压比在不计励磁电流的条件下，根据磁动势平衡方程73U2NI12通通过绕组公共部分的公共部分的电磁感磁感应作用，由一次作用，由一次侧传递到二次到二次侧的的电磁容量磁容量 U2NI1N通通过绕组串串联部分的部分的电流直接流直接传导到到负载的的传导容量容量优点点效率高、用料省、重量效率高、用料省、重量轻、体、体积小小缺点缺点当当变比比K 较大大时。经济效果不效果不显著。内部著。内部绝缘和和过压保保护要加要加强2 2、容量关系、容量关系3 3、自耦变压器的优缺点、自耦变压器的优缺点第八节第八节 自耦变压器与互感器自耦变压器与互感器73U2NI12通过绕组公共部分的电磁感应作用，由一次侧74测量高量高电压一个近似开路运行的降一个近似开路运行的降压变压器器注意事注意事项二次二次侧不允不允许短路短路二次二次侧短路短路电流流过大，大，烧毁互感器互感器二次二次侧可靠接地可靠接地二、互感器二、互感器1 1、电压互感器、电压互感器第八节第八节 自耦变压器与互感器自耦变压器与互感器74测量高电压二、互感器1、电压互感器第八节 自耦变压器与互75测量高量高压线路的路的电流，或者流，或者测量大量大电流流是一个近似短路运行的升是一个近似短路运行的升压变压器器注意事注意事项：二次二次侧不允不允许开路开路磁磁动势急急剧加大加大铁损急急剧上升，上升，过热二次二次侧出出现极高极高电压二次二次侧可靠接地可靠接地2 2、电流互感器、电流互感器第八节第八节 自耦变压器与互感器自耦变压器与互感器75测量高压线路的电流，或者测量大电流2、电流互感器第八节 76第三章第三章 结束结束76第三章 结束