变压器特性介绍
第2章 变压器的运行原理和特性
仅
E U 20 2
Y，d接线 D，y接线
U 1N k 3U 2 N
k
3U1N U2N
由于 R m R1 , X m X 1 ，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只是一 个Z m元件的电路。在 U1一定的情况下，I 0大小取决于Z m的大小。从运行角度 讲，希望 I 0 越小越好，所以变压器常采用高导磁材料，增大 Z m，减小 I 0 ， 提高运行效率和功率因数。
使
用
1 与 I 0成线性关系； 1）性质上： 0 与 I 0 成非线性关系；
– 变压器各电磁量正方向
• 由于变压器中各个电磁量的大小和方向都随时间以 电源频率交变的，为了用代数式确切的表达这些量 的瞬时值，必须选定各电磁量的正方向，才能列式 子。 • 当某一时刻某一电磁量的瞬时值为正时，说明它与 实际方向一致； 当某一时刻某一电磁量的瞬时值为负时，说明它与 实际方向相反。 • 注：正方向是人为规定的有任选性，而各电磁量的 实际方向则由电磁定律决定。
习
（2）二次侧电动势平衡方程
U1
I 0
0
) (I 2
用
E U 20 2
（3）变比
U 1
U2
E 1
使
E 1
1
E 2
U 20
u2
仅
对三相变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近似为 额定相电压之比，具体为 Y，d接线
U1N k 3U 2 N
8
供
22
仅
F F F 1 2 0 N I 或 N1 I 1 2 2 N1 I 0 N I I ( 2 ) I I ( 2 ) I I 用电流形式表示 I 2 0 0 1L 1 0 N1 k
变压器参数测定与特性
7
一、空载试验
空载试验可以测出变压器的励磁参数。为了便于测试 和安全， 空载试验在低压侧施加电压 在不同的电压下， 分别记录I 和P
a A
x
X
接线图
等效电路
8
空载运行时，总阻抗
Z 0 = Z1 + Z m = ( R1 + jX 1σ ) + ( Rm + jX m )
Rm >> R1 , X m >> X 1σ 所以
30 + j310 + 0.1044 + j0.164 + 11.93 + j8.95 = 11.47 + j9.43 = 14.85∠39.43o
2
& = U ∠0 o，则 选U 1 1 &1 U = &1 = I
= 25.59∠ − 39.43。 Z d 14.85∠39.43。 = 19.77 − j16.25
ϕ 2 = 0, sin ϕ 2 = 0,
ΔU R = β R > 0,
* k
U
UN
3. cos ϕ = 0.8
（超前）
U2 < U2N
即端电压随负载增加而下降。 2. 感性负载
IN
1. cos ϕ = 1 2. cos ϕ = 0.8
（落后）
I
ϕ 2 > 0,
sin ϕ 2 > 0,
* * ΔU RL = β ( Rk cos ϕ 2 + X k sin ϕ 2 ) > ΔU R > 0
U2 =
′ 369.24 U2 = = 213.8(V) k 1.727
3
（2）功率因数、功率及效率
变压器基本知识介绍
2.1 一层密绕：布线只占一层，紧密的线与线间没有空隙，整 齐不可交叉堆积(如图6.1)
高频变压器制作方法
2.2 均等绕：在绕线范围内以相等的间隔进行绕线；间隔误差在20% 以内算合格(如图6.2)
2.3 多层密绕：在一个绕组一层无法绕完，必须绕至第二层或二层以 上
低频类变压器制作方法介绍
三、 配线
低频有针脚式和引脚式两种，其配线方法也不 相同（详情参见作业指导书）
低频类变压器制作方法介绍
四、 焊 锡
1. 操作步骤 1.1 将Pin 脚沾适量助焊剂。 1.2 焊锡：将脚插入锡槽，深度如下图所示。 1.3 焊锡后不得有漏焊、虚焊现象且焊锡光亮 2. 注意事项 2.1 焊锡时部间约为2-3秒，如果线包接有保险丝，不可焊得太久 2.2 焊温（作业指导书要求） 2.3 锡温需每隔两个小时测试并记录
变压器材料介绍
三、胶带（Tape）
2.高压测试：在测试条件AC4.0KV,50Hz 1mA 1min 下，将3圈胶 带均匀缠绕在导电圆棒上，使胶带与圆棒紧密接触，高压表 笔一支接圆棒，另一支接触胶带表面，胶带不击穿。
变压器材料介绍
四、漆包线（WIRE）
1.漆包线是一条铜线（或导体）经由处理将凡立水被覆在铜线 表面，由于凡立水有绝缘功能，此时铜线经由缠绕变成线圈， 即可用于电磁感应的各种应用 2.我们常用的漆包线：直焊性聚氨酯漆包线（QA）、聚酯漆包 线（QZ）、聚胺基甲酸脂漆（UEW）、聚脂瓷漆包线（PEW）等 3.漆包线耐热等级分为：A级（105°C）、E级（120°C）、B 级（130°C）、F级（155°C）、H级（180°C） 4.漆包线常识：2UEW 耐温120°C，可以直接焊锡；而PEW 耐 温155°C，180°C，焊锡时须脱漆皮
3、变压器-参数测定和运行特性
课程导入
通过漏磁抗必然产生电压降。
课程讲解
压变化。我们将这种变化规律称之为外特性。
I2≠0
E
U
负载变化导致电流变化，电流变化导致电
1
I1
1
1
E1
σ
Φ1
Φ2
E
Z
σ
σ
2
L
外特性：在一次侧加额定电压，负载功率因
课程总结
数COSφ2一定时，二次侧电压U2随着负载电
U1N=3300V,I0=0.08A,P0=80W,高压侧加电压时的短路试验数据：
课程讲解
UK=180V,I1N=6.06A,PKN=240W,试验温度25℃，求(1)这台变压器的等效电路参数；
（2）这台变压器的I*0,uk,Z*m,Z*k,P*0.
课程总结
课后作业
厚德笃学、砺能敏行
变压器的运行特性
折算到高压侧，应将上式求得数值乘以变比的平方。
二、短路试验
课程导入
☆ 试验方法：将变压器二次侧短路，一次侧施加
一很低的电压，以使一次侧电流接近额定值。测得
一次侧电压 Uk，电流 I1N，输入功率 PkN
课程讲解
（1）试验线路
课程总结
为了方便，选择在高压方一侧。
在低压方做短路试验时，负载损耗值不变，但 Uk太小, Ik 太大，调节设备难以满足要求，
m = =
X m = −
课程总结
课后作业
m = =
=
X m = −
需要强调的是：由于励磁参数与磁路的饱和程度有关，所以应取额定电压下的数据来
计算励磁参数。
变压器介绍PPT课件
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几。 让EAB指向12点，Eab指几点该三相变压器联结组的标号数就是几。
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5、三相变压器联结组标号的确定
1）Yy0联结组
EAB A BC . ..
EA EB EC
“12”
B
XYZ Eab
a bc ...
Ea Eb Ec
EAB
EB
Eab Ea Eb EA EC
Aa
Ec ECA
EBC C
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图1-15 变压器同名端测定方法接线图
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5、三相变压器联结组标号的确定 判别三相变压器的联结组标号采用“时钟序数表示法”。
• “时钟表示法”规定：变压器高压边线电势相量为长针，永远指向钟面上的12 点；低压边线电势相量为短针，指向钟面上哪一点，则该点数就是变压器联接组 别的标号。
三相变压器并联运行的条件： 1) 并联运行的各台变压器，其额定电压、电压比要相等 2）并联运行变压器的联结组别必须相同 3）并联运行的各台变压器，其短路阻抗的相对值要相等
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五、 其他用途的变压器
1、自耦变压器 自耦变压器的结构特点是：一、二次绕组共用一个绕组。
自耦变压器的计算与普通变压器相同。 自耦变压器的输出视在功率（即 容量）有两部分：
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2、带磁分路的弧焊变压器
在变压器的一次绕组和二次绕组的两个铁芯柱之间，安装一个磁分路动铁芯，由于 磁分路动铁芯地存在，增加了漏磁通，增大了漏电抗，从而是变压器获得迅速下降 的外特性。 通过弧焊变压器外部手柄来调节螺杆，并将磁分路铁心移进移出，使漏磁通增大或 减小，即漏电抗增大或减小，从而改变焊接电流的大小。另外，还可通过二次绕组 抽头调节起弧电压的大小。
变压器负载特性
变压器负载特性变压器是电力传输和配电系统中常见的电力设备，用于改变交流电压的大小。
在实际应用中，变压器的负载特性对其运行和性能起着重要的影响。
本文将对变压器负载特性进行探讨，包括负载类型、负载对变压器的影响以及变压器的响应特性。
一、负载类型在电力系统中，变压器的负载可以分为阻性负载、感性负载和容性负载三种类型。
1. 阻性负载：阻性负载指电阻负载，其特点是电流与电压同相位。
阻性负载会使得变压器输出电流和输入电流同相位，其负载功率因数为1。
在实际应用中，阻性负载主要来自于电炉、电加热器等。
2. 感性负载：感性负载指电感负载，其特点是电流滞后于电压，相位滞后90度。
感性负载会引起变压器的感应电流，使得变压器输出电流和输入电流存在相位差，其负载功率因数为lagging。
感性负载主要来自于电动机、变压器的励磁等。
3. 容性负载：容性负载指电容负载，其特点是电流超前于电压，相位超前90度。
容性负载会引起变压器的感应电流，使得变压器输出电流和输入电流存在相位差，其负载功率因数为leading。
容性负载主要来自于电容器、电子设备等。
二、负载对变压器的影响不同种类的负载对变压器的性能和运行状态都会产生不同的影响。
1. 负载功率因数：负载功率因数是衡量负载对变压器的影响程度的重要指标。
负载功率因数为1时，变压器的负载为阻性负载，此时变压器输出电流和输入电流同相位；负载功率因数lagging时，变压器的负载为感性负载，此时变压器输出电流滞后于输入电流；负载功率因数leading时，变压器的负载为容性负载，此时变压器输出电流超前于输入电流。
负载功率因数的不同会影响变压器的功率损耗、效率和稳定性。
2. 负载电流：负载对变压器的电流需求会直接影响变压器的容量选择以及线圈的绕制规格。
过大的负载电流可能会导致变压器过载，而过小的负载电流则可能导致变压器的运行不稳定。
3. 温升：负载对变压器的温升有较大影响。
负载过大或者长时间超负荷工作会导致变压器温度升高，进而影响其绝缘性能和寿命。
变压器的运行特征
一、变压器的运行特征变压器的运行特征主要有外特征与效率特性，而表征变压器运行性能的主要指标则有电压变化率和效率。
1、电压变化率1）外特性变压器一次侧接上额定电压，二次侧开路时，二次侧空载电压就等于二次侧额定电压，外特性是指一次侧加额定电压，负载功率因数cosφ2一定时，二次侧端电压随负载电流变化的关系，即U2=f (I2)。
变压器在纯电阻和感性负载时，外特性是下降的，而客性负载时可能是上翘的。
2）电压变化率负载电流变化，变压器副边端电压将随着发生变化。
电压调整率是变压器负载时副边端电压变化程度的一种程度。
假定变压器原边接电源电压，副边开路时的端电压为额定值，当副边接入负载后，即使原来电压保持不变，副边端电压不再是额定值，原边电压保持为额定值，负载功率因数为常数，空载和负载的副边端电压之差与副边额定电压的比值，即电压变化的标么值称为电压变化率，用⊿U*表示即⊿U*=(U20-U2)/U2N式中U20—副边空载电压U2—时的副边端电压由于副边空载端电压U20等于副边额定电压U2N，经过折算后，公式1可写成⊿U*=(U20-U2)/U2N=(U'2N-U'2)/U'2N=(U10-U'2)/U1N电压变化率是变压器的主要性能指标之一，负载电流变化时，副边端电压变化的原因，是变压器内部存在电阻和漏抗而引起内部电压降。
副边电压的变化程度，即⊿U*的大小，不仅同变压器本身的阻抗有关，而且与负载的大小和性能有关。
综合上述，负载为感性时，φ2角为正值，故电压变化率为正值，即负载时的副边电压恒比空载电压低；负载为容性，φ2角为负值，故电压变化率有可能为负值，亦即负载时的副边电压可能高于空载电压。
为了保证供电电压的质量，尽可能保持副边电压的稳定，这就需要进行调压。
在电力系统中调压的方法很多，例如调节发电机出口电压，用同步调相机，在负载端并联电容器等。
但采用最多、最普遍的还是变压器调压。
电力变压器试验—变压器结构及特性
热老化规律 —— 6 度规则
试验表明，对于常用的A级绝 缘，如油纸绝缘，则温度每超过 6℃，则寿命约缩短一半。
而对于 B、H级绝缘则分别约 为10℃及12℃规则。
不同耐热等级绝缘材料 在各种运行温度下长期运行的寿命
（4） 受潮
水（强极性介质、类似于半导体）被吸收到电介质内部或吸附到电 介质的表面以后，它能溶解离子类杂质或使强极性的物质解离，严重 影响介质内部或沿面的电气性能：在外施电压下，或者在电极间构成
油性树脂漆及其漆包线；矿物油及浸入其中的纤维材料
酚醛树脂塑料；胶纸板、胶布板；聚酯薄膜；聚乙烯醇缩甲醛漆 沥青油漆制成的云母带、玻璃漆布、玻璃胶布板；聚酯漆；环氧树 脂 聚酰亚胺漆及其漆包线；改性硅有机漆及其云母制品及玻璃漆布 聚酰胺聚酰亚胺漆及其漆包线；硅有机漆及制品；硅橡胶及玻璃漆 布 聚酰亚胺漆及薄膜；云母；陶瓷；玻璃及其纤维；聚四氟乙烯
▪ 季节变化
（3） 温度影响 ▪ 长期过负荷
▪ 热老化
高温下，电介质短时间内就能发生明显的损坏；即使温度比短时允 许温度低，但作用时间很长时，绝缘性能也会发生不可逆的变化。 绝缘的温度越高，老化越快，寿命越短。
液体介质的热老化主要表现在油的氧化，油温越高，则氧化速度越 快。油局部过热会分解出一些能溶于油的微量气体，这是变压器油 劣化的主要原因。
绝缘作用 绝缘材料
绝缘介质 紧固支撑 冷却媒介
固体：绝缘纸、电瓷、云母、玻 璃、交联聚乙烯等
液体: 绝缘油 气体: 空气、SF6 真空绝缘
实际绝缘结构通常是由几种电介 质联合构成的组合绝缘
固-液绝缘 固-气绝缘
三相变压器外观--油枕与散热管
三相变压器绕组
图1-6电变力压变器压铁器芯铁制芯造实物图
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1、电力变压器的工作原理及工作特点
1.1 初始磁化曲线
当电流从0逐渐增加，线圈中的磁场强度H也随之增加，这样就可以测出若干组B,H值。
以H为横坐标，B为纵坐标，画出B随H的变化曲线，这条曲线称为初始磁化曲线。
当H增大到某一值后，B几乎不再变化，这时铁磁材料的磁化状态为磁饱和状态。
此时的磁感应强度Bs叫做饱和磁感应强度。
这种磁化曲线一般如下图中曲线所示：
1.2 磁滞回线
当铁磁质达到磁饱和状态后，如果减小磁化场H，介质的磁化强度M（或磁感应强度B）并不沿着起始磁化曲线减小，M（或B）的变化滞后于H的变化。
这种现象叫磁滞。
在磁场中，铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示，当磁化磁场作周期的变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条闭合线叫做磁滞回线。
如下图：
1.3 基本磁化曲线
铁磁体的磁滞回线的形状是与磁感应强度（或磁场强度）的最大值有关，在画磁滞回线时，如果对磁感应强度（或磁场强度）最大值取不同的数值，就得到一系列的磁滞回线，连接这些回线顶点的曲线叫基本磁化曲线。
如下图：
B B m A B r R H e e H ' -H m O H m R ' r B ' A '
1.4 变压器
1.4.1 定义：变压器（英语：Transformer）是应用法拉第电磁感应定律而升高或降低电压的装置。
变压器通常包含两组或以上的线圈和铁心。
主要用途是升降交流电的电压、改变阻抗及分隔电路。
如下图：
1.4.2 基本原理：一个简单的单相变压器由两块导电体组成。
当其中一块导电体有一些不定量的电流(如交流电或脉冲式的直流电) 通过，便会产生变动的磁场。
根据电磁的互感原理，这变动的磁场会使第二块导电体产生电势差。
假如第二块导电体是一条闭合电路的一部份，那么该闭合电路便会产生电流。
电力于是得以传送。
在通用的变压器中，有关的导电体是由(多数为铜质的) 电线组成线圈，因为线圈所产生的磁场要比一条笔直的电线大得多。
变压器的原理是由
变化的电压加到原线圈在磁芯上产生变化的磁场，从而激发其他线圈产生变化的电动势。
原线圈、副线圈的电压VS, VP 和两者的绕线的匝数Ns, Np之间有正比的关系；
至于变压器两方之间的电流或电压比例，则取决于两方电路线圈的圈数。
圈数较多的一方电压较高但电流较小，反之亦然。
如果撇除泄漏等因素，变压器两方的电压比例相等于两方的线圈圈数比例，亦即电压与圈数成正比。
以算式表示如下：
另外，主副线圈中的电流按照线圈圈数成反比，如下式：
IsNs = IpNp
在以上两个算式中：
◆Vp是输入方的电压(Primary Voltage)；
◆Vs是输出方的电压(Secondary Voltage)；
◆Np是输入方的线圈圈数(Numbers of turns in the Primary Winding)；
◆Ns则是输出方的线圈圈数(Numbers of turns in the Secondary Winding)。
因此可以减小或者增加原线圈和副线圈的匝数比，从而升高或者降低电压，变压器的这个性质使它成为转换电压的重要设备。
另外，撇除泄漏的因素，变压器某一方(线圈) 的电压可以从以下算式求得：
E = 4.44 * N * (B * A) * f
在算式中：
◆E是流经该线圈的电压的方根均值；
◆f是电流的频率(单位为赫兹)；
◆N是线圈的圈数；
◆A是线圈内空间(铁芯) 的切面面积(单位为米^2)；
◆B是通过线圈内空间(铁芯) 的磁力(单位为韦伯/米^2)。
◆常数值4.44 是为了使算式结果对应于计算出来的单位而设。
◆根据能量守恒定律，变压器输出的功率不能超越输入它的功率。
1.4.3 运行特性：主要有外特性和效率特性。
外特性反映变压器副边端电压随负载电流而变动的规律，可以确定变压器的额定电压调整率。
效率特性表示变压器效率随负载而变化的关系，可以确定变压器的额定效率。
●外特性：当变压器一次侧加额定频率额定电压，且负载功率因数cosφ一定时，二次侧端电压U2随负载电流I的变化关系，即U2=f（I2）曲线，称为变压器的外特性。
纯电阻负载时，端电压下垂较小；纯电感负载时，端电压下垂较大；纯电容负载时，端电压却可能上翘。
如下图：
●电压调整率：变压器一次侧接额定电压，二次侧开路时的端电压就是二次
侧的额定电压。
当二次侧接入负载后，即使保持一次侧电压不变，二次侧电压也不再是额定值，而将随着负载电流和负载功率因数的改变而波动。
二次侧端电压随负载变动的程度用电压调整率表示;
它是变压器空载时和负载时的端电压之差对二次侧额定电压的标么值，也等于二次侧额定电压与负载时端电压之差对二次侧额定电压的标么值。
如将二次侧折算到一次侧，电压调整率又等于一次侧的额定电压（二次侧的额定电压折算到一次侧与一次侧额定电压大小相等）与负载时折算到一次侧的端电压之差对一次侧额定电压的标么值。
以公式表示如下：
Δu=U U U N φ2220-×100％=U U U N N φφ121'-×100％
●效率：变压器输出有功功率与输入有功功率之比称为变压器的效率，用百分数表示。
因为输入功率包括输出功率、铁损、铜损，所以效率又等于输出功率比上输出功率与铁损和铜损之和的百分数，又等于二次侧端电压与负载电流、负载功率因数的乘积，比上二次侧端电压、负载电流、功率因数之乘积与铁损、铜损之和的百分数。
以公式表示如下：
100％=
P P P ∆+22×100％=P P P P Fe Cu ++22×100％ ●效率特性：变压器在不同的负载电流I 2时，输出功率P 2及铜损耗P c u 都在变化，因此变压器的效率η也随着负载电流I 2的变化而变化，其变化规律通常用变压器的效率特性表示，如下图所示,图中β=I 2/I 2N 称为负载系数。