电机学电子讲稿2011-2变压器
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电机学(变压器部分)ppt课件
合右手螺旋关系
4) U 2 和 I 2 按发电机惯例，发出电功率
精品课件
18
§ 2-2 变压器空载运行
A
I0
E1
U1
E s1
X
m
s1
x
E 2 U 20
a
变压器空载运行时精品基课件本电磁关系（一） 19
U1
I0
F0 N1I0 m s 1
E 2 U 20
E1 E s1
与U1 I0R1
相铁邻心两柱层截铁面心叠片
精品课件
6
绕组 ：它是变压器的电路部分，按照高低电 压绕组之间的布置，可以分为同心式和交叠式 两种绕组，同心式结构简单，制造方便，交叠 式机械强度好，引出线的布置和焊接都较方便， 漏电抗小。
同心式绕组
精品课件
高压 低压 高压 低压
高压
低压 高压 低压
交叠式绕组
7
补充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。
精品课件
8
补充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
第一章 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
精品课件
1
第一节 变压器的用途、分类
4) U 2 和 I 2 按发电机惯例，发出电功率
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§ 2-2 变压器空载运行
A
I0
E1
U1
E s1
X
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E 2 U 20
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变压器空载运行时精品基课件本电磁关系（一） 19
U1
I0
F0 N1I0 m s 1
E 2 U 20
E1 E s1
与U1 I0R1
相铁邻心两柱层截铁面心叠片
精品课件
6
绕组 ：它是变压器的电路部分，按照高低电 压绕组之间的布置，可以分为同心式和交叠式 两种绕组，同心式结构简单，制造方便，交叠 式机械强度好，引出线的布置和焊接都较方便， 漏电抗小。
同心式绕组
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高压 低压 高压 低压
高压
低压 高压 低压
交叠式绕组
7
补充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。
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8
补充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
第一章 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
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1
第一节 变压器的用途、分类
电机学 变压器2
9.2 变压器的负载运行
φ主磁通
A u1 X i1 * e1 e1σ R1
N1
*
i2 e2 e2σ
a u2 ZL x
φ1σ
φ2σ
N2
R2
N1i1
→ φ1σ
→ Fm = N1im → φ
一次绕组电压方程 dφ → e1σ = N1 1σ dt = u1 i1 R1 dφ → e1 = N1 dt
二次侧归算到一次侧后， 二次侧归算到一次侧后，二次侧的 电势和电压应乘以k倍 电流乘以1/k 电势和电压应乘以 倍，电流乘以 阻抗乘以k 倍，阻抗乘以 2倍。
2.变压器的等效电路 变压器的等效电路
归 算 后 基 本 方 程
& & & U 1 = I1Z 1σ E1 &' & ' &' ' E 2 = U 2 + I 2 Z 2σ & & &' & E1 = kE 2 = E 2 = I m Z m I + I ' = I & & & 2 m 1
1
& I
& E1
' 2
& jI1 X1σ
α 0
& &' E1 = E2
2
&' U2
' '
& U1
& &' I2 I2 R2 变压器感性负载时的相量图
&' jI2 Xz'σ
基本方程、等效电路和相量图是分析变压器运行的三种方法。 基本方程、等效电路和相量图是分析变压器运行的三种方法。基本方程概括了变 是分析变压器运行的三种方法 压器中的电磁关系，而等效电路和相量图是基本方程的另一种表达形式， 压器中的电磁关系，而等效电路和相量图是基本方程的另一种表达形式，三者是一致 的。
电机学讲演 第2讲
组，a x 为低压绕组。为了便于试验和安全，通常令高压绕
组（小电流侧）开路，低压绕组（大电流侧）外施额定电压； 同时，为了避免将流经电压表和功率表电压线圈的电流读入 电流表内，从而影响相对数值较小的空载电流的精确度，所 以应将电流表紧靠被测绕组连接。
39
图 2-12 变压器空载试验的接线图
由电流表、电压表和功率表分别可测得一组互相对应的空载
二、参数折算、等效电路和相量图
（2―20）
综上所述，式（2-15），（2-16）和（2-12）概括了变压器
中的电磁关系，称变压器稳态运行时的基本方程式。利用这
组基本方程式，便能对变压器进行定量计算。但解联立复数
方程组是相当繁杂的。为了直观和形象化，可画出等效电路
如图 2-6 所示。
28
所谓参数折算即将某一侧参数折算到另一侧去。在变压器 中，较多的是把二次绕组折算到一次绕组，反之亦可。折算
z 势 ，所以这个等效参数称变压器的励磁阻抗，用 m表示。
与漏阻抗z1类似，励磁阻抗 zm = rm + j xm
r r 式中，
m
---
铁耗电阻，是对应于铁耗的等效电阻,I
2 0
m
等于铁耗；
xm --- 励磁电抗，是对应于建立主磁通所需励磁伏
x 安的等效电抗,
I
2 0
m等于励磁伏安。
于是，
（2―9）
第二章 变压器的运行分析
(书 P18)
第一节 变压器的空载运行
一、电势平衡方程式
16
(2—1)
（2—2） （2—3） （2—4）
二、空载电流（励磁电流）I0
其中，
空载电流
（2 ─ 6）
因为Iμ>>IFe I ，若略去 fe ，则
组（小电流侧）开路，低压绕组（大电流侧）外施额定电压； 同时，为了避免将流经电压表和功率表电压线圈的电流读入 电流表内，从而影响相对数值较小的空载电流的精确度，所 以应将电流表紧靠被测绕组连接。
39
图 2-12 变压器空载试验的接线图
由电流表、电压表和功率表分别可测得一组互相对应的空载
二、参数折算、等效电路和相量图
（2―20）
综上所述，式（2-15），（2-16）和（2-12）概括了变压器
中的电磁关系，称变压器稳态运行时的基本方程式。利用这
组基本方程式，便能对变压器进行定量计算。但解联立复数
方程组是相当繁杂的。为了直观和形象化，可画出等效电路
如图 2-6 所示。
28
所谓参数折算即将某一侧参数折算到另一侧去。在变压器 中，较多的是把二次绕组折算到一次绕组，反之亦可。折算
z 势 ，所以这个等效参数称变压器的励磁阻抗，用 m表示。
与漏阻抗z1类似，励磁阻抗 zm = rm + j xm
r r 式中，
m
---
铁耗电阻，是对应于铁耗的等效电阻,I
2 0
m
等于铁耗；
xm --- 励磁电抗，是对应于建立主磁通所需励磁伏
x 安的等效电抗,
I
2 0
m等于励磁伏安。
于是，
（2―9）
第二章 变压器的运行分析
(书 P18)
第一节 变压器的空载运行
一、电势平衡方程式
16
(2—1)
（2—2） （2—3） （2—4）
二、空载电流（励磁电流）I0
其中，
空载电流
（2 ─ 6）
因为Iμ>>IFe I ，若略去 fe ，则
电机学：第二章 变压器
此时产生磁通的电流不但包括纯无功电流i，还包括有功电流
电动势滞后磁通90，磁通与电流不同相位，因此电流与电动势相位差不是90
此时 i
变为
im ，且 im 与 不同相位，im 超前
一
角度，即前一章所
Fe
述的磁通要滞后电流。
：铁耗角
Fe
im 为实线所示，i 为虚线所示
此时 im 中除无功分量 i 外，还有有功分量 iFe
当原方接到交流电源时，在外施电压作用下，原绕组中有交流电流过， 并在铁心中产生交变磁通，且这一磁通同时交链原、副方绕组，根据电磁感
应定律，原、副方绕组分别感应电势 e1 e2
e1
d 1 dt
N1
d dt
e2
d 2 dt
N2
d dt
副方有了电势便向负载供电，实现了能量传递。
上图中如不计原、副绕组电阻，不考虑漏磁通，则变压器为理想变压器， 可写出原、副方电压、电势方程式：
波形相同
如果磁路饱和（工作于非线形磁化曲线段），则电流 iu与磁通
波形不相同
当磁路饱和时： 由于磁路的饱和关系
当 为正弦 时, i 为尖顶波。 当 i 为正弦 时， 为平顶波
插入动态图2-7(2)
由于磁路的饱和关系
当 为正弦 时, i 为尖顶波。 当 i 为正弦 时， 为平顶波
插入动态图2-33
（3）感应电势的正方向与产生该电动势的磁通的正方向之间符合右 手螺旋关系，所以感应电动势的正方向与电流的正方向一致；
二次侧：（1）二次绕组感应电动势的正方向与产生该电动势的磁通的正方向 符合右手螺旋关系；
（2）二次绕组内电流的正方向与二次绕组电动势的正方向一致；
（3）二次绕组端电压的正方向与电流正方向一致；
电机学讲义(汤蕴璆)第二章 变压器
第二章变压器变压器是一种静止的电器，它利用电磁感应作用将一种电压．电流的交流电能转接成同频率的另一种电压，电流的电能。
变压器是电力系统中重要的电气设备，众所周如。
输送一定的电能时，输电线路的电压愈高，线路中的电流和损耗就愈小。
为此需要用升压变压器把交流发电机发出的电压升高到输电电压：通过高压输电线将电能经济地送到用电地区，然后再用降压变压器逐步将输电电压降到配电电压，供用户安全而方便地使用。
在其他工业部门中，变压器应用也很广泛。
本章主要研究一般用途的电力变压器，对其他用途的变压器只作简单介绍。
2．1 变压器的基本结构和额定值一、变压器的基本结构铁心和绕组变压器中最主要的部件是铁心和绕组，它们构成了变压器的器身。
变压器的铁心既是磁路，又是套装绕组的骨架。
铁心由心柱和铁轭两部分组成，心柱用来套装绕组，铁轭将心柱连接起来，使之形成闭合磁路。
为减少铁心损耗，铁心用厚o．30—o．35mm的硅钢片叠成，片上涂以绝缘漆，以避免片间短路。
在大型电力变压器中．为提高磁导率和减少铁心损耗，常采用冷轧硅钢片；为减少接缝间隙和激磁电流，有时还采用由冷轧硅钢片卷成的卷片式铁心。
按照铁心的结构，变压器可分为心式和壳式两种。
心式结构的心柱被绕组所包围，如图2—1所示；壳式结构则是铁心包围绕组的顶面、底面和侧面，如图2—2所示．心式结构的绕组和绝缘装配比较容易，所以电力变压器常常采用这种结构。
壳式变压器的机械强度较好，常用于低压、大电流的变压器或小容量电讯变压器。
绕组是变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成。
其中输人电能的绕组称为一次绕组(或原绕组)，输出电能的绕组称为二次绕组(或副绕组)，它们通常套装在同一心柱上。
一次和二次绕组具有不同的匝数、电压和电流，其中电压较高的绕组称为高压绕组，电压较低的称为低压绕组。
对于升压变压器，一次绕组为低压绕组，二次绕组为高压绕组；对于降压变压器，情况恰好相反，高压绕组的匝数多、导线细；低压绕组的匝数少、导线粗。
《电机学变压器》PPT课件 (2)
U1
三相变压器 U1
I2
多相变压器I 0
U2
U2
3、按用途分为： 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 干式变压器 油浸风冷变压器 油浸水冷变压器
5、按冷却介质的循环方式分：自然循环 强迫循环
6、按调压方式分：无载调压 有载调压
§1-2 变压器的主要结构部件
变压器的主要结构部件：铁心、绕组。 此外还有：变压器油和油箱 、冷却装 置、保护装置、调压装置和出线装置及其 他附件。
作业
1、变压器能否变换直流电压？ 2、怎样减小变压器的铁心损耗？ 3、三相电力变压器常采用的结构形式？
上网查找以下资料
1．非晶变压器、卷铁心变压器的特点。 2．新S9、S11、SH16系列电力变压器的主要结
构特点及性能。 3．国内主要变压器生产厂家及产品。 4、电力变压器的主要技术指标。
变压器 Transformer 一次绕组 primary winding 二次绕组 secondary winding 感应电势 induced voltage 磁通 magnetic flux 磁链 flux linkage 磁势 magnetomotive force (mmf) 心式变压器 core-type 壳式变压器 shell-type 激磁电流 exciting current
绝缘套管精选ppt29精选ppt30精选ppt31变压器分接开关变压器分接开关精选ppt32变压器的额定参数和型号变压器的额定参数和型号额定电压线电压一额定参数额定容量视在功率额定电流线电流202n精选ppt33额定频率
《电机学变压器》PPT课 件 (2)
第一章 变压器基本知识
内容提要：
1. 变压器的基本原理、分类 2. 电力变压器的结构 3. 变压器的额定参数 4. 变压器的发热与冷却
电机学 第二篇变压器
当变压器出现故障时，产生的热量使变 压器油汽化，气体继电器动作，发出报 警信号或切断电源。 如果事故严重，变压器油大量汽化，油 气冲破安全气道管口的密封玻璃，冲出 变压器油箱，避免油箱爆裂。
5.绝缘套管
绝缘套管由中心导电杆与瓷套组成。导电杆穿过 变压器油箱、在油箱内的一端与线圈的端点联接， 在外面的一端与外线路联接。 在瓷套和导电杆间留有一道充油层——充油套管 当电压等级更高时，在瓷套内腔中常环绕着导电 杆包上几层绝缘纸简，在每个绝缘纸简上贴附有 一层铝箔，则沿着套管的径向距离，绝缘层和铝 箔层构成串联电容器，使资套与导电杆间的电场 分布均匀 套管外形常做成伞形，电压愈高、级数愈多。
对于三相变压器 I1 N I 2N
4、其它铭牌值，如短路电压、额定频率、绕组布置及联接组 运行方式、冷却方式、总重量、油重等。
§3-2 变压器空载运行
空载是指变压器的原边(一次绕组)接入电源，次边(二次绕组) 开路的状态。
i0
u1
i2 0
e1 e1
N1 1
N2
e2
u20
正方向的规定
同心式（P18图1-4） 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，国产电力变压器 均采用这种结构。
交叠式（P18图1-5）
结构：交迭式绕组的高、低压绕组沿心柱高度方向互相交 迭地放置。 特点：交迭式绕组用于特种变压器中。
3.变压器油——冷却、绝缘
电力变压器绕组与铁心装配完后用夹件紧固，形成变压器的 器芯。变压器器芯装在油箱内，油箱内充满变压器油。变压 器油是一种矿物油，具有很好的绝缘性能。变压器油起两个 作用：
①绝缘：绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间 ②散热：热量通过油箱壳散发，油箱有许多散热油管，以
5.绝缘套管
绝缘套管由中心导电杆与瓷套组成。导电杆穿过 变压器油箱、在油箱内的一端与线圈的端点联接， 在外面的一端与外线路联接。 在瓷套和导电杆间留有一道充油层——充油套管 当电压等级更高时，在瓷套内腔中常环绕着导电 杆包上几层绝缘纸简，在每个绝缘纸简上贴附有 一层铝箔，则沿着套管的径向距离，绝缘层和铝 箔层构成串联电容器，使资套与导电杆间的电场 分布均匀 套管外形常做成伞形，电压愈高、级数愈多。
对于三相变压器 I1 N I 2N
4、其它铭牌值，如短路电压、额定频率、绕组布置及联接组 运行方式、冷却方式、总重量、油重等。
§3-2 变压器空载运行
空载是指变压器的原边(一次绕组)接入电源，次边(二次绕组) 开路的状态。
i0
u1
i2 0
e1 e1
N1 1
N2
e2
u20
正方向的规定
同心式（P18图1-4） 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，国产电力变压器 均采用这种结构。
交叠式（P18图1-5）
结构：交迭式绕组的高、低压绕组沿心柱高度方向互相交 迭地放置。 特点：交迭式绕组用于特种变压器中。
3.变压器油——冷却、绝缘
电力变压器绕组与铁心装配完后用夹件紧固，形成变压器的 器芯。变压器器芯装在油箱内，油箱内充满变压器油。变压 器油是一种矿物油，具有很好的绝缘性能。变压器油起两个 作用：
①绝缘：绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间 ②散热：热量通过油箱壳散发，油箱有许多散热油管，以
电机学-第二章变压器3
高压和低压绕组的相电压既可能是同相位，亦可能 是反相位，取决于绕组的同名端是否同在首端或尾 端。
22
A
U A
U A
A
U A
U A
X a
U a
U a
X x
U a
U a
x a)
a b)
高低压绕组的同名端和相电压的相位关系 a) 和 b) 首端为同名端,
U A
同相 与U a
AB B
E AE BC C AB B
E A
E CA
E B
E C
X
Y
Z
三角形逆接
B, Z
E AB
E B
E C
C, X
E E BC C
E A
E E CA A
A ,Y
电动势相量图
17
联结顺序：AX→BY→CZ→AX
线电动势与相电动势的关系为： E E
20
1 2 3 4
m
1 2 3 4
m
绕组绕向一致
绕组绕向相反
同极性端的确定方法： 绕组绕向一致时，同极性端在同一端； 绕组绕向相反时，同极性端在不同端。
21
为了确定相电压的相位关系，高压和低压绕组相电 压相量的正方向统一规定为从绕组的首端(A,B,C) 指向尾端(X,Y,Z)。
bx E ab E a E b E c
B
E AB
E B
Z X E A
C
Y
E C
X
Y
Z
b a E ab E a E b E c
c
A az
C
cy
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铁心硅钢片的交叠式装配
3/7
避免涡流在 片间流动， 缝隙小，励 磁电流小， 改善空载性 能；紧固件 少，结构简 单。
2.1.3.1.1 铁心结构
心式铁心结构的特点
4/7
铁心叠装方便
绕组装配和绝缘比较容易
散热条件较好 采用心柱加旁轭式结构时可降低铁心高度 是电力变压器中常用的铁心结构
2.2.3.1 主磁通产生的感应电动势
二次侧感应电动势的瞬时值
2/4
d e 2 N 2 N 2m cost dt N 2m sin t 2
2.2.3.1 主磁通产生的感应电动势
感应电动势有效值相量
3/4
N 1 2 E1 j m j fN 1m
强迫油循环冷却）、干式变压器、充气变压器
按容量大小分类——小型（10-630kVA）、中型 （800-6300kVA）、大型（8000-63000kVA）、特大 型（>90000kVA）
2.1.3 油浸式电力变压器的结构
2.1.3.1 器身结构 2.1.3.2 油箱结构 2.1.3.3 出线装置 2.1.3.4 冷却装置
2.2.4.3 变比
2.2.4.1 一次绕组电压方程
相量方程
1/2
U 1 E 1 E 1 I0 R1 E jI X I R
1 0 1 0
I R jX E 1 0 1 1 E I Z
1 0 1
1
2.2.4.1 一次绕组电压方程
3/10
E 1 IFe R Fe
铁耗电阻由下式规定
p Fe I R Fe
热器式（2500kVA以上）；
箱盖有平顶形和拱顶形；
箱底有沉积器。
2.1.3.2 油箱结构
变压器油
2/3
既是绝缘介质，又是散热媒介； 要求介电强度高、燃点高、运动粘度低、凝固点
低、杂质和水分少、酸碱度低；
在较高温度下长期与空气接触易氧化，产生悬浮
物，增加酸碱度，降低绝缘强度。
2.1.3.2 油箱结构
1/3
额定容量（视在功率）SN ，VA、kVA或MVA
额定（线）电压U1N /U2N ，V或kV
额定（线）电流I1N /I2N ，A
额定频率f，Hz
相数
绕组联结图和联结组号
漏阻抗标幺值（阻抗电压）uk
2.1.4 铭牌数据
主要铭牌数据（续） 额定效率
2/3
额定温升
绕组分成若干个线饼沿心柱
高度交错排列；低压绕组的 两个“半线饼”靠近铁轭。
漏抗小，机械强度好，引出 线好布置，易构成多条并联 支路。
2.1.3.1.3 绝缘结构
绝缘结构简介
1/1
主绝缘——绕组与铁心之间、同相的高压和低压 绕组之间、相绕组之间、绕组与油箱之间的绝缘。 主绝缘采用油与绝缘隔板结构 。
双绕组单相变压器 3/3
S N U 1N I 1N U 2N I 2 N
S N 3U 1N I 1N 3U 2N I 2N
双绕组三相变压器
2.1.5 正方向规定
主要电磁量的正方向规定
1/1
电压与电流，一次侧为“电动机惯例”，二次侧为“发 电机惯例”；磁通与产生它的电流、电动势与产生它的 磁通满足“右手螺旋关系”；电流与产生它的电动势同
2.1.3.1.1 铁心结构
壳式铁心结构示意图
5/7
单相壳式铁心 三相壳式铁心
2.1.3.1.1 铁心结构
壳式铁心的装配方法
6/7
2.1.3.1.1 铁心结构
壳式铁心的特点
7/7
结构坚固，机械强度高，绕组能承受较大的电磁力
制造工艺复杂，耗用材料较多
绝缘较困难，散热不好 用于低电压、大电流场合或微小型变压器
主要用途 电力变压器（升压、降压、配电）
2/2
电焊、电炉、电解
化工行业（整流变压器）
信息转换（磁电传感器）
测控系统（互感器、脉冲变压器）
试验设备（调压器）
2.1.2 变压器的分类
分类
1/2
按用途分类——电力变压器（升压、降压、配电、
联络）、试验变压器（调压、高压试验）、测量
2 j 4.44 fN 1m 2
E 2 j 4.44fN 2m
2.2.3.1 主磁通产生的感应电动势
感应电动势波形和相量图
4/4
2.2.3.2 漏磁通产生的感应电动势
一次侧漏电动势瞬时值
1/2
d1 d N1i0 1 e1 N1 N1 dt dt di0 d 2 I 0 sin t 2 N1 1 L1 dt dt L1 2 I 0 sint 2
1 1m sin t
2.2.3 感应电动势
2.2.3.1 主磁通产生的感应电动势 2.2.3.2 漏磁通产生的感应电动势
2.2.3.1 主磁通产生的感应电动势
一次侧感应电动势的瞬时值
1/4
d e1 N 1 N 1m cost dt N 1m sin t 2
前移，即相位超前主磁
通一个不大的角度。
2.2.5 励磁电流
考虑铁耗影响
5/5
综合考虑磁滞和涡流影
响后，等效励磁电流的
相位超前于磁通一个角
度α，称为铁耗角。
2.2.6 空载时的等效电路
空载电流的两个分量
1/10
将空载电流分解为磁化电 流和铁耗电流两个分量
I m I I Fe
实验课表
班别 时 间
7班
8班 9班
星期三 1、2节
星期四 3、4节 星期一 5、6节
注：实验课程9~17周开课，地点A主026。
第二章 变压器
电机学课程讲稿
胡雪松
huxs@
二○一一年九月
第二章 变压器
2.1 概述 2.2 空载运行 2.3 负载运行 2.4 等效电路 2.6 三相变压器 2.7 标幺值 2.8 运行性能 2.9 并联运行
2.2.6 空载时的等效电路
磁化电流与电动势的关系
2/10
N 1i
di di d 2 e1 N 1 N 1 L1 dt dt dt
E 1 jL1 I jI X
2.2.6 空载时的等效电路
铁耗电流与电动势的关系
油箱附件
3/3
放油阀门 小车
接地螺栓
铭牌
2.1.3.3 出线装置
变压器的绝缘套管
1/1
由中心导电杆和瓷套两部分组成 1kV以下用实心瓷质套管
10-35kV用空心充气（油）套管
110kV以上用电容式充油套管 高压套管外形为多级伞形。
2.1.3.4 冷却装置
变压器的冷却方式
2.1.3.1.2 绕组结构
同心式绕组结构
1/2
用于心式变压器，高、低压绕 组均为圆筒形，同心地套在铁
心上；低压绕组靠近铁心，高
压绕组在外面，之间有油道。
有圆筒式、连续式、纠结式、 螺旋式、分段式、箔式等。 结构简单，制造方便。
2.1.3.1.2 绕组结构
交叠式绕组结构
2/2
用于壳式变压器；高、低压
空载时的近似关系
2/2
E U1 1
U 1 E 1 4.44fN 1m
2.2.4.2 二次绕组电压方程
空载时
1/1
E U 20 2
U 20 E 2
2.2.4.3 变比
一、二次绕组匝数之比
1/1
N1 4.44 fN1m E1 k N 2 4.44 fN 2m E2
2.2.3.2 漏磁通产生的感应电动势
一次侧漏电动势有效值相量
2/2
E 1 jI0L1 jI0 X 1
一次侧漏电抗
X 1 L1 N 1 2fN 1
2 1 2 1
2.2.4 电压平衡方程
2.2.4.1 一次绕组电压方程
2.2.4.2 二次绕组电压方程
同时交链一、二次绕组的磁通。主磁路为铁心，存在 饱和现象。主磁通起传递能量的作用。空载时主磁通 占总磁通的绝大部分。
通常要求主磁通以电源频率随时间按正弦规律变化
m sin t
2.2.2 磁通
漏磁通
2/2
由某个绕组产生且只与该绕组交链的磁通（空载时只 有一次侧漏磁通）。漏磁路主要由非铁磁材料构成， 不考虑饱和。漏磁通不起传递能量的作用，而只是在 对应绕组中产生感应电动势。空载时漏磁通仅占总磁 通的0.1% ~ 0.2%。 通常认为漏磁通以电源频率随时间按正弦规律变化
1/6
油浸自冷——变压器油通过自然对流将热量带到 油箱壁，再以空气对流方式散发出去
油浸风冷——在散热器上加装风扇
油浸水冷——将外部冷却水通入箱体内加快冷却
强迫油循环冷却——用油泵将热油送往冷却器冷
却后再送回变压器，分为风冷式和水冷式
2.1.3.4 冷却装置
油浸自冷
2/6
2.1.3.4 冷却装置
运行方式（长期或短期）
变压器的总重量
变压器油的重量
变压器器身的重量
外形尺寸
2.1.4 铭牌数据
注意事项 二次侧额定电压是指变压器一次侧在额定分接头 处接有额定电压时，二次侧的空载电压。 通常把双绕组变压器的一次绕组和二次绕组额定 容量设计处相等，而三绕组变压器的额定容量则 指容量最大的绕组的额定容量。
3/7
避免涡流在 片间流动， 缝隙小，励 磁电流小， 改善空载性 能；紧固件 少，结构简 单。
2.1.3.1.1 铁心结构
心式铁心结构的特点
4/7
铁心叠装方便
绕组装配和绝缘比较容易
散热条件较好 采用心柱加旁轭式结构时可降低铁心高度 是电力变压器中常用的铁心结构
2.2.3.1 主磁通产生的感应电动势
二次侧感应电动势的瞬时值
2/4
d e 2 N 2 N 2m cost dt N 2m sin t 2
2.2.3.1 主磁通产生的感应电动势
感应电动势有效值相量
3/4
N 1 2 E1 j m j fN 1m
强迫油循环冷却）、干式变压器、充气变压器
按容量大小分类——小型（10-630kVA）、中型 （800-6300kVA）、大型（8000-63000kVA）、特大 型（>90000kVA）
2.1.3 油浸式电力变压器的结构
2.1.3.1 器身结构 2.1.3.2 油箱结构 2.1.3.3 出线装置 2.1.3.4 冷却装置
2.2.4.3 变比
2.2.4.1 一次绕组电压方程
相量方程
1/2
U 1 E 1 E 1 I0 R1 E jI X I R
1 0 1 0
I R jX E 1 0 1 1 E I Z
1 0 1
1
2.2.4.1 一次绕组电压方程
3/10
E 1 IFe R Fe
铁耗电阻由下式规定
p Fe I R Fe
热器式（2500kVA以上）；
箱盖有平顶形和拱顶形；
箱底有沉积器。
2.1.3.2 油箱结构
变压器油
2/3
既是绝缘介质，又是散热媒介； 要求介电强度高、燃点高、运动粘度低、凝固点
低、杂质和水分少、酸碱度低；
在较高温度下长期与空气接触易氧化，产生悬浮
物，增加酸碱度，降低绝缘强度。
2.1.3.2 油箱结构
1/3
额定容量（视在功率）SN ，VA、kVA或MVA
额定（线）电压U1N /U2N ，V或kV
额定（线）电流I1N /I2N ，A
额定频率f，Hz
相数
绕组联结图和联结组号
漏阻抗标幺值（阻抗电压）uk
2.1.4 铭牌数据
主要铭牌数据（续） 额定效率
2/3
额定温升
绕组分成若干个线饼沿心柱
高度交错排列；低压绕组的 两个“半线饼”靠近铁轭。
漏抗小，机械强度好，引出 线好布置，易构成多条并联 支路。
2.1.3.1.3 绝缘结构
绝缘结构简介
1/1
主绝缘——绕组与铁心之间、同相的高压和低压 绕组之间、相绕组之间、绕组与油箱之间的绝缘。 主绝缘采用油与绝缘隔板结构 。
双绕组单相变压器 3/3
S N U 1N I 1N U 2N I 2 N
S N 3U 1N I 1N 3U 2N I 2N
双绕组三相变压器
2.1.5 正方向规定
主要电磁量的正方向规定
1/1
电压与电流，一次侧为“电动机惯例”，二次侧为“发 电机惯例”；磁通与产生它的电流、电动势与产生它的 磁通满足“右手螺旋关系”；电流与产生它的电动势同
2.1.3.1.1 铁心结构
壳式铁心结构示意图
5/7
单相壳式铁心 三相壳式铁心
2.1.3.1.1 铁心结构
壳式铁心的装配方法
6/7
2.1.3.1.1 铁心结构
壳式铁心的特点
7/7
结构坚固，机械强度高，绕组能承受较大的电磁力
制造工艺复杂，耗用材料较多
绝缘较困难，散热不好 用于低电压、大电流场合或微小型变压器
主要用途 电力变压器（升压、降压、配电）
2/2
电焊、电炉、电解
化工行业（整流变压器）
信息转换（磁电传感器）
测控系统（互感器、脉冲变压器）
试验设备（调压器）
2.1.2 变压器的分类
分类
1/2
按用途分类——电力变压器（升压、降压、配电、
联络）、试验变压器（调压、高压试验）、测量
2 j 4.44 fN 1m 2
E 2 j 4.44fN 2m
2.2.3.1 主磁通产生的感应电动势
感应电动势波形和相量图
4/4
2.2.3.2 漏磁通产生的感应电动势
一次侧漏电动势瞬时值
1/2
d1 d N1i0 1 e1 N1 N1 dt dt di0 d 2 I 0 sin t 2 N1 1 L1 dt dt L1 2 I 0 sint 2
1 1m sin t
2.2.3 感应电动势
2.2.3.1 主磁通产生的感应电动势 2.2.3.2 漏磁通产生的感应电动势
2.2.3.1 主磁通产生的感应电动势
一次侧感应电动势的瞬时值
1/4
d e1 N 1 N 1m cost dt N 1m sin t 2
前移，即相位超前主磁
通一个不大的角度。
2.2.5 励磁电流
考虑铁耗影响
5/5
综合考虑磁滞和涡流影
响后，等效励磁电流的
相位超前于磁通一个角
度α，称为铁耗角。
2.2.6 空载时的等效电路
空载电流的两个分量
1/10
将空载电流分解为磁化电 流和铁耗电流两个分量
I m I I Fe
实验课表
班别 时 间
7班
8班 9班
星期三 1、2节
星期四 3、4节 星期一 5、6节
注：实验课程9~17周开课，地点A主026。
第二章 变压器
电机学课程讲稿
胡雪松
huxs@
二○一一年九月
第二章 变压器
2.1 概述 2.2 空载运行 2.3 负载运行 2.4 等效电路 2.6 三相变压器 2.7 标幺值 2.8 运行性能 2.9 并联运行
2.2.6 空载时的等效电路
磁化电流与电动势的关系
2/10
N 1i
di di d 2 e1 N 1 N 1 L1 dt dt dt
E 1 jL1 I jI X
2.2.6 空载时的等效电路
铁耗电流与电动势的关系
油箱附件
3/3
放油阀门 小车
接地螺栓
铭牌
2.1.3.3 出线装置
变压器的绝缘套管
1/1
由中心导电杆和瓷套两部分组成 1kV以下用实心瓷质套管
10-35kV用空心充气（油）套管
110kV以上用电容式充油套管 高压套管外形为多级伞形。
2.1.3.4 冷却装置
变压器的冷却方式
2.1.3.1.2 绕组结构
同心式绕组结构
1/2
用于心式变压器，高、低压绕 组均为圆筒形，同心地套在铁
心上；低压绕组靠近铁心，高
压绕组在外面，之间有油道。
有圆筒式、连续式、纠结式、 螺旋式、分段式、箔式等。 结构简单，制造方便。
2.1.3.1.2 绕组结构
交叠式绕组结构
2/2
用于壳式变压器；高、低压
空载时的近似关系
2/2
E U1 1
U 1 E 1 4.44fN 1m
2.2.4.2 二次绕组电压方程
空载时
1/1
E U 20 2
U 20 E 2
2.2.4.3 变比
一、二次绕组匝数之比
1/1
N1 4.44 fN1m E1 k N 2 4.44 fN 2m E2
2.2.3.2 漏磁通产生的感应电动势
一次侧漏电动势有效值相量
2/2
E 1 jI0L1 jI0 X 1
一次侧漏电抗
X 1 L1 N 1 2fN 1
2 1 2 1
2.2.4 电压平衡方程
2.2.4.1 一次绕组电压方程
2.2.4.2 二次绕组电压方程
同时交链一、二次绕组的磁通。主磁路为铁心，存在 饱和现象。主磁通起传递能量的作用。空载时主磁通 占总磁通的绝大部分。
通常要求主磁通以电源频率随时间按正弦规律变化
m sin t
2.2.2 磁通
漏磁通
2/2
由某个绕组产生且只与该绕组交链的磁通（空载时只 有一次侧漏磁通）。漏磁路主要由非铁磁材料构成， 不考虑饱和。漏磁通不起传递能量的作用，而只是在 对应绕组中产生感应电动势。空载时漏磁通仅占总磁 通的0.1% ~ 0.2%。 通常认为漏磁通以电源频率随时间按正弦规律变化
1/6
油浸自冷——变压器油通过自然对流将热量带到 油箱壁，再以空气对流方式散发出去
油浸风冷——在散热器上加装风扇
油浸水冷——将外部冷却水通入箱体内加快冷却
强迫油循环冷却——用油泵将热油送往冷却器冷
却后再送回变压器，分为风冷式和水冷式
2.1.3.4 冷却装置
油浸自冷
2/6
2.1.3.4 冷却装置
运行方式（长期或短期）
变压器的总重量
变压器油的重量
变压器器身的重量
外形尺寸
2.1.4 铭牌数据
注意事项 二次侧额定电压是指变压器一次侧在额定分接头 处接有额定电压时，二次侧的空载电压。 通常把双绕组变压器的一次绕组和二次绕组额定 容量设计处相等，而三绕组变压器的额定容量则 指容量最大的绕组的额定容量。