第三章变压器
第3章变压器
1.二次绕组电流的折算
根据折算前后磁势保持不变的原则，有：
N1 I 2 N 2 I2
则
N2 I2 I2 I2 N1 K
2.二次绕组电动势的折算
根据折算前后主磁通和漏磁通保持不变的原则，有：
4.44 fN1m E2 N1 K E2 4.44 fN 2m N 2
E1
2
在相位上滞后主磁通 m 90°相角
同理写出二次
绕组感应电动势的有效值
二次绕组感应电势的有效值为：
E 2 ＝4.44 fN 2m
E 2 在相位上滞后主磁通 m 90°相角
漏磁通1 在一次侧绕组中产生的 漏磁感应电动势为：
L1 定义为漏磁电感 L1
d 1 L di e1 ＝－N1 ＝ 1 dt dt
K 2 x2 x2
负载阻抗也有同样的关系，即：
2 ZL K ZL
4.二次侧电压的折算
根据二次侧电压平衡方程式，折算后的二次 侧电压值仍应等于折算后的二次绕组的感应 电动势减去折算后二次侧的漏阻抗压降
＝E － － U I Z ＝ k （ E I Z ）＝ k U 2 2 2 2 2 2 2 2
S9 型配电变压器（10 kV）
大型油浸电力变压器
大连理工大学电气工程系
干式变压器
大连理工大学电气工程系
附录1 变压器图片
调压器（自耦变压器）
控制变压器
3.1.3 变压器的基本结构
铁心 器身绕组 引线和绝缘 和箱底） 油箱油箱本体（箱盖、箱壁 小车、接地螺栓、铭牌 等） 油箱附件（放油阀门、 变压器调压装置－无励磁分接 开关或有载分接开关 却器 冷却装置－散热器或冷 保护装置－储油柜、油 位计、安全气道、释放 阀、吸湿器、测温 元件、气体继电器等 压套管，电缆出线等 出线装置－高、中、低 变压器油
第三章 变压器
铁芯形状
“口”形：芯式变压器， 绕组包围铁芯，大容量变压器
环形变压器，其铁芯由低铁损 冷轧硅钢带绕，具有损耗小、 效率高以及电磁干扰小的特点 在相同的参数下，环形变压器铁芯的体积最小
变压器的冷却：变压器工作时铁芯和绕组都会发热，因此必 须考虑冷却问题
小容量变压器：采用自然风冷，即依靠空气的自然对流 和辐射将热量散发
大容量变压器：采用油冷方式，将变压器浸入变压器油 内，使其产生的热量通过变压器油传给外壳而散发，变 压器油还具有良好的绝缘性能 • 在X线机设备中，高压变压器副绕组输出几十千伏以上的 高压，无论是副绕组对原绕组还是对铁芯等绝缘都有非常 高的要求。 • X线机的高压变压器就采用了油冷方式
(3-4)
Z1 K 2 Z 2
选取适当的变比K，可以把负载阻抗Z2等效变换到原绕组一 侧所需要的阻抗值Z1 在电子电路中，常使用变压器来实现阻抗匹配，以获得较高 的功率输出
四、变压器的主要参数 大型变压器的外壳通常附有铭牌来标明其型号及参数， 它是正确使用变压器的依据
1.原绕组的额定电压U1N：指当变压器按规定工作方式运行时 在原绕组上应加的电源电压值
(a)抽头式
(b)滑动式
(c)混合式
图3-7 x线机控制台的电源变压器
六、变压器绕组的同极性端
变压器的同极性端：变压器不同绕组在同一变化的磁通作用 下，其感应电动势的极性相同端，用符号“·”表示 在实际运用当中，有时需要将变 压器的两个(或多个)绕组连接起来 使用来适应不同的输入电压与满 足不同的输出电压要求
电机与拖动大学课程 第三章 变压器1
变压器是一种静止的电气设备， 通过电磁耦合作用，把 电能或信号从一个电路传递到另一个电路。通常用来改变 电压的大小，故叫变压器，有时用于电气隔离。
分类
本章学 习重点
电力变压器（升压、降压、配电）
按用途
特种变压器（电炉、整流）
仪用互感器（电压、电流互感器、 脉冲变压器，阻抗匹配变压器）
(2)额定电压U1N/U2N U1N为额定运行时原边接线端点间应施加的电压。U2N为原边施
加额定电压时副边出线端间的空载电压。单位为V或者kV。三 相变压器中，额定电压指的是线电压。指有效值。
(3)额定电流I1N/I2N 是变压器在额定容量和额定电压下所应提供的电流，在三相变 压器指线电流。单位为A/kA。指有效值。
考虑漏磁通和原边绕组的电阻时，变压器空载运行时相 量形式表示的电压平衡方程式：
U1 I0R1 (E1 ) (E1) I0R1 jI0 x1 (E1)
I0 (R1 jx1 ) (E1) I0Z1 (E1)
U20 E2
R1：原边绕组电阻；
Z1＝R1＋jX1σ为原边绕组漏阻抗
五、空载运行的等效电路和相量图
E2m N2m
有效值：
E2 E2m / 2 4.44 f1N2m
相量表示：
E2 j4.44 f1N2m
.
m
.
. E2 E1
变压器中，原、副绕组电动势E1和E2之比称为变压器 的变比k.
k E1 4.44 N1 f1 m N1 E2 4.44 N2 f1 m N2
由于.
U1 E1 U2 E2
变压器原边接在电源上， 副边接上负载的运行情况，称为负载 运行。
一、物理过程
变压器接通负载 副边电流 副边磁势 原边电动势改变 原边电流改变
第三章 电力变压器(高压特种电工培训)
2021年4月27日9时0分
二、变压器的结构
中小型油浸电力变压器典型结构如图3-1所示。 1.铁芯 （1）铁芯结构 变压器的铁芯是磁路部分。 由铁芯柱和铁轭两部分组成。铁芯的机构分为
心式和壳式两种。
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（2）铁芯材料 由于铁芯为变压器的磁路，所以其材料 要求导磁性能好，导磁性能好，才能使铁损小。
查一次。容量在630kVA以下的变压器，可适当延长巡视周期，但变 压器在每次合闸前及拉闸后应检查一次。 8）有人值班的变配电所，每班都应检查变压器的运行状态。 9）对于强油循环水冷或风冷变压器，不论有无值班，都应每小时巡 视一次。 10) 负荷急剧变化或变压器发生短路故障后，都应增加特殊巡视。
根据变压器的大小分为吊器身式油箱（6300kVA以下） 和吊箱壳式油箱（又称钟罩式油箱，8000kVA以上）两种。
2021年4月27日9时0分
6.冷却装置 变压器冷却装置是起散热作用的。 7.储油柜（又称油枕）主要是当油箱油面降低时给油箱 补油的装置，它通过管道和瓦斯继电继电器与油箱相连。 8.安全气道（又称防爆管，现在被压力释放阀代替） 9.吸湿器（装有变色硅胶，颜色由蓝变白，粉红色） 10.气体继电器 11.高、低压绝缘套管
5.额定容量 变压器的容量为视在功率，单位为 kVA。
单相变压器视在功率为：
S N U1N I1N U 2N I 2N
2021年4月27日9时0分
三相变压器视在功率为：
SN 3U1N I1N 3U 2N I2N
一般容量在630kVA以下的为小型电力变压器； 800~6300kVA的为中型电力变压器； 8000~63000kVA为大型电力变压器； 90000kVA及以上的为特大型电力变压器。
电机学辜承林(第三版)第3变压器
主磁通与感与应电动势 e1、e2关系
时间相位上：滞后于 Øm 的电角度是 90° 有效值大小: 相量表达式：
磁通Øm与电势E1、E2 的相量关系(图2-tem2)
2.漏磁通与漏电动势、漏电抗
• 漏电动势：e1s (t) = -N1 dØ1s/dt • 有效值： • 漏磁通与漏电抗
由于漏磁通所通过的途径是非磁性物质，其磁导率 是常数，所以漏磁通的大小与产生此漏磁通的绕组中 的电流成正比关系为：用漏感系数L1s表示二者关系： N1Ø1s∝ Im 即： L1s= N1Ø1s/√ 2 Im
从一个电路向另一个传递能量或传输信号的一种 电气装置。
常用来将一种交流电压的电能转换为同频率的 另一种交流电压的电能。
（一）变压器用途
• 电力系统中实现电能的远距离高效输送、合理配电、安全 用电。如：电力变压器、配电变压器。
• 供给特殊电源用的专用变压器。如：炼钢炉供电 的电炉 变压器、大型电解电镀、直流电力机车供电的整流变压器，
三相芯式变压器示意图
绕组
上铁轭
铁芯柱
下铁轭
铁心结构示意图
铁心结构示意图
铁心结构示意图
（二）绕组
• 1、作用：构成变压器的电路系统。 • 2、构成：绝缘铜线或铝线在绕线模上绕制而成。
3、结构形式：同心式、交叠式。
同心式
结构 同心式绕组的高、低压绕组同心地套装
在心柱上
特点 同心式绕组结构简单、制造方便，国产电力
第3章 三相变压器及其他变压器
习 三次谐波分量同相位、同大小。
三次谐波电流在Y联接的原边
学 绕组中无法流通，空载电流接
近正弦波，主磁通为一平顶波。
供 平顶波主磁通分解：除基波 仅 磁通外，还包含三次谐波磁
通F3
17
三相组式结构：
用 F3与F1沿同一磁路闭合， F3大，感应得到的E3可达45~60%。
感应电势称为尖顶波，最大值升高，影响绝缘。因此，三相变压
15
单相变压器
外施电压U1 感应电势E 主磁通F
用 习使 空载电流
学 电流存在许多谐波。
供 在三相变压器中，谐波磁通的路径、电流形状与绕组 仅 的联接方式和结构有关。
16
Y/Y联接的三相变压器
三相三次谐波电流：
I03A = I03m sin 3w t;
用 I03B = I03msin3(w t -1200 ) = I03m sin 3w t; 使 I03C = I03msin3(w t +1200 ) = I03m sin 3w t;
用 使
和低压电压。 Ø用每一绕组的自感系数和各
习
学 绕组间的互感系数作为基本参
数。令L1、L2、L3为各绕组自
供 感系数，M12＝M21为1与2绕组 仅 间互感系数；M13=M31为1与3
绕 组 间 互 感 系 数 ； M23=M32 为
绕组2与3间互感系数
29
• 当外施电压为正弦波且稳定运行时，电压方程式：
- U&1
/k
II
Z kI + Z kII
××
= IIL - IC
仅 I&II
=
Z kI Z kI + ZkII
×
I+
第三章 变压器的结构
二、铁心的有关概念
（4）填充系数：又称利用系数，是指由阶梯形组成
的铁心柱的截面积与芯柱外接圆面积之比值。在 一定的直径下，铁心柱的截面积越大，即阶梯级 数越多，则填充系数越大。但阶梯的级数越多， 叠片的规格也越多，从而使铁心的制造工艺复杂化。
三、铁心的装配方法
（1）直接缝 特点：是加工和叠片 都比较方便，搭接面 积大，因此所叠装的 铁心结构强度好、整 体性强、不易变形。 但只能用于热轧硅钢 片。
6、铁心用硅钢片简述
对硅钢片的表面处理 硅钢片涂绝缘漆，其目的是限制涡流回路，使涡流只能在一 片中流动，这样涡流回路阻抗较大，限制了涡流的数值。 对硅钢片的绝缘漆层要求是： 1）涂刷均匀，漆膜光滑不宜过厚（漆膜过厚要降低叠片系 数），附着力强，能抗冲击和弯曲。 2）要求漆膜具有良好的绝缘性、耐热性、防潮性，并且要 求干燥快。 对硅钢片的厚度选用： 通常在0.23~0.5mm左右。ABB公司常用有0.23mm和0.3mm 两种，目的是为了限制硅钢片的涡流损耗以及由此而引起主磁 通的削弱。
4、常用铁心的结构特征及其适用范围
（3）单相二柱旁轭式叠铁心（四柱铁心） 应用：高压和超高压大容量单相电 力变压器。
（4）三相三柱式叠铁心 应用：各种三相变压器。它是三相 变压器最广泛应用的典型结 构。
4、常用铁心的结构特征及其适用范围
（5）三相三柱旁轭式 叠铁心（五柱铁心） 应用：大容量三相电力 变压器。主要是 用来降低铁心的 高度，便于运输
变压器叠片全斜接缝
三、铁心的装配方法
全斜接缝
四、铁心的夹紧
1、夹紧的目的 铁心的夹紧主要是为了能承受器身起吊时 的重力及变压器在发生短路时，绕组作用 到铁心上的电动力； 可以防止变压器在运行中，由于硅钢片松 动而引起的振动噪声。
第三章 变压器
Zk
Uk Ik
Rk
pk
I
2 k
Xk
Z
2 k
Rk2
绕组的电阻时随温度而变的，故经过计算的到的短路参数应 根据国家标准规定折算到参考温度。
三 、相量图
根据T形等效电 路，可以画出相应 的相量图。
四 、近似等效电路图
RK、XK和ZK分别称为短路电阻、短路电抗和短路阻抗。
单相变压器基本方法总结
分析计算变压器运行的方法：
基本方程式：变压器电磁关系的数学表达式。 等效电路：基本方程式的模拟电路。 相量图：基本方程式的图示表示。
三者是统一的，一般定量计算用等效电路，讨论各 物理量之间的相位关系用相量图。
E2 KE2
E2 KE2
U 2 KU 2
（二）电流的归算 电流归算的原则：归算前后二次侧磁动势保持不变。
N2'I2' N2I2
（三）阻抗的归算
I 2
I2 K
阻抗归算的原则：归算前后电阻铜耗及漏感中无功功率不变。
I 22 R2
I
2 2
R2
I22 X 2
I
2 2
X
2
R2
I
2 2
I22
R2
K 2R2
S7-315/10 三相（S）铜芯10KV变压器,容量315KVA,设计序号7为节 能型.
SJL-1000/10 三相油浸自冷式铝线、双线圈电力变压器，额定容量为 1000千伏安、高压侧额定电压为10千伏。
我国生产的各种变压器主要系列产品有：S7、SL7、S9、 SC8等。其中SC8型为环氧树脂浇注干式变压器。
同心式绕组 1—铁心柱 2—铁轭 3—高压线圈 4—低压线圈
交叠式绕组 1—低压绕组 2—高压绕组
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第三章变压器第一节变压器的用途、分类与结构内容提要：1. 变压器的用途、分类2. 变压器的主要结构部件3. 变压器的发热温升4. 变压器的额定数据一、变压器的用途、分类1、变压器的用途：变压器是静止电器，由铁心(磁路)及两个或两个以上的绕组(电路)组成，绕组之间由铁心中交变磁通联系(磁耦合)实现从一种电压(电流)变为另一种电压(电流)。
升压变压器 降压变压器●隔离变压器(4)按冷却方式： 油浸自冷变压器(3)按用途分为：❍油浸水冷变压器干式空气自冷变压器●油浸风冷变压器二、变压器的主要结构部件1、一次绕组（原绕组）－电源侧2、二次绕组（副绕组）－负载侧3、变压器铁心－磁路部分3.1 非晶合金铁心变压器的特点非晶合金与硅钢片变压器相比，空载损耗下降70%至80%，空载电流下降80%，节能效果显著。
非晶合金片厚度极薄，填充系数较低，采用磁密低，产品的设计受材料限限制程度较高，非晶合金对机械应力非常敏感，张引力和弯曲应力都会影响磁性能，结构设计特殊。
3.2 立体卷铁心变压器的特点铁心和线圈需在专用设备上卷制，减少了由人工制造造成的质量波动，质量稳定可靠;卷铁心与叠铁心相比可减少工序，生产效率高，自动化程度高；立体卷铁心的退火效果更好，能更有效降低空载损耗和空载电流。
铁轭的截面积为心柱截面积的一半，即节能又省材。
卷铁心是连续绕制而成，可使噪声降低。
3.3 叠铁心变压器的特点铁心制造工艺简单，制造工时短，降低了制造成本变压器制造厂具有成熟的叠铁心工艺，成熟的质量控制管理体系不需要卷制铁心和线圈的专用设备，降低了产产品的制造成本铁心材料较“R型”卷铁心利用率高，能降低产品的制造成本。
3.4 平面卷铁心变压器的特点铁心和线圈需在专用设备上卷制，减少了由人工制造造成的质量波动，质量稳定可靠；卷铁心在经过退火处理后，空载损耗和空载电流可大幅度下降；卷铁心与叠铁心相比可减少工序，生产效率较高，自动化程度较高；卷铁心是连续绕制而成，可使噪声降低。
三、变压器的发热温升由于绕组里有铜耗、铁耗及各种附加损耗，一方面影响效率；一方面转变为热能，因此导致变压器的温度升高，并使绝缘材料老化。
四、变压器的额定数据2、额定电压（线电压）1、额定容量（视在功率）3、额定电流（线电流）1N NU U =*一次绕组额定电压N S ，单位为VA 或kVA 12/N N U U ，单位为V 或kV 二次绕组额定电压是当1N N U U =202NU U =时，二次绕组开路电压112233NN N N NS U I U I ==112233N N N N N S U I U I ΦΦΦΦ==,单位A 12/N N I I 3N N N N U U I I ΦΦ==Y 接：A B CX Y ZYZ3N N N N U U I I ΦΦ==接：∆ABCX第二节变压器的运行分析本节内容体现了变压器的基本电磁关系，着重研究变压器稳态运行的数学模型。
主要内容：1. 基本方程式、相量图和等效电路图2. 变压器的折合算法3. 标么值4. 运行性能*以单相变压器为例来介绍变压器的运行分析及数学模型等，这些结果同样适用于三相变压器对称稳态运行分析LZ +-1I 1UA X 1E +-+-2E xa1N 2N 2U 2I **mΦ 变压器各物理量的参考方向按电动机惯例，吸收电功1U 1I 和1、按发电机惯例，发出电功2U 2I 和5、均由同名端流入1I 2I和6、3、、和符合右手螺旋定则1E 2E m Φ 2、和符合右手螺旋定则1I mΦ 4、和符合右手螺旋定则2I m Φ一、变压器空载运行*、都是最大值，一般*、都是由励磁磁动势产生的。
m Φ1S Φ1(0.1%0.2%)S m Φ=-Φm Φ1S Φ1. 主磁通、漏磁通010f N i =0I 1s E 1U +-AX1E +-+-2E 20U xamΦ 1s Φ 1N 2N变压器正常运行时，设电源电压为正弦变化，则主磁通的瞬时值为sin m tφω=Φ根据电磁感应定律111sin(90)m d e N N t dt φωω=-=Φ-2.主磁通感应电动势11114.4422m m mE N E fN ωΦ===Φ则电动势的有效值为224.44mE j fN =-Φ 同理：取参考向量，因落后主磁通，0m m Φ=Φ∠ m Φ 1E 090114.44mE j fN =-Φ 则：其中R m －励磁电阻；X m －励磁电抗Z m －励磁阻抗00001001()()ara r I I I I G E I jB E =+=-=-- G 0－励磁电导B 0－励磁导纳8.变压器空载运行的等效电路0100010000()()m m m I E G jB I E R jX I I Z G jB =---==+=- 所以8.变压器空载运行的等效电路R m －励磁电阻,它是反映变压器铁耗大小的等效电阻，不能用伏安法测量。
X m －励磁电抗，反映了主磁通对电路的电磁效应。
2m m X N ω=Λ0I m R mjX 1U 1R 1jX 1E 结论：1I 1s Φ 1s E 1U +-2U 2I +-2E 2s E LZ 2s Φ mΦ 1N 2N AXxa**1E +-二、变压器的负载运行2. 负载时二次电压、电流的关系22222S U E E I R =+- 222S E jI X =- 22222()U E I R jX =-+ 22LU I Z =3. 变压器的基本方程式1111U E I Z =-+ 12E k E =10mE I Z -= 2222U E I Z =- 210I I I k+= 22LU I Z = 1I 1s E 1U +-AX 1E +-+-2E 2U x a1s Φ 1N 2N 2I 2s E 2s Φ **mΦ LZ4. 折合算法①目的: a 、使一、二次绕组“有”电的连接等效电路，这样就用电路知识来解题了。
b 、画相量图方便（定量画法）。
2F 1F ②解决方法（算法根据）保持不变，就不会影响的变化。
③定义：保持一个绕组的磁动势不变而改变其电流和匝数的算法称为归算法（折合算法）。
1111222222L U E I Z U E I Z U I Z =-+''''=-'''= ()121102mE E E I ZI I I '==-'=+- 5. 等效电路㈠折合后的六个基本方程式:6、相量图'2U '2I 2ϕ''22I R ''22jI X '12E E = 0I 1I '2I - 1E - 11I R 11jI X 1U ϕ1ϕ1111U E I Z =-+ ''2222E U I Z ''=+ 22LU I Z '''= 12E E '= 01/m I E Z =- ()102I I I '=+- 已知：、、、2U 2I 2cos ϕk mΦkV A , V,Y ,y0联接，，，副边Y 接，750N S =12/10000/400N N U U =1.4K r =Ω 6.48K x =Ω0.200.07L Z j =+Ω求：已知:例2－1 (p30)12,I I ①;2U ②;1212,,,P P Q Q ③;η④一个物理量的=该物理量的实际值标幺值该物理量的基本值1、电机学中基值的选择(一)以额定值为基值相(线)电压(流)的基值分别是相(线)电压(流)的额定值。
三相(单相)功率的基值分别是三相(单相)的额定功率。
(二)视在(有功、无功)功率的基值是一样的第三节标幺值[P,U]∴可以忽略Z 1；1、空载试验第四节参数测定忽略Z 10110.0020.01N mI I Z Z = 10N m U Z I ϕϕ=020m P R Iϕϕ=22m m mX Z R=-220100m FeI R I R P P ∴≈2、短路试验1k N m U U ⇒Φ⇒ Fe 比正常运行小P 很小1k k N U Z I ϕϕ=21kN k N P R Iϕϕ=22k k kX Z R=-75234.575234.5Kk CR R θ+=+ 7522575225Kk CR R θ+=+ 227575k k C k C Z R X =+ kU 1k NI I = k CuP P ∴≈。