主要內容變壓器的基本工作原理和結構2.單相變壓器的空載運行3.單相變壓器的負載運行4.變壓器參數(shù)的測定和標么值5.變壓器的運行特性6.三相變壓器7.變壓器的并聯(lián)運行8.其它用途的變壓器4.1變壓器的工作原理和結構4.1.1變壓器的基本工作原理單相變壓器原理圖忽略漏磁通及初次級繞組的壓降，有忽略繞組電阻和鐵芯損耗，有4.1.2變壓器的基本結構

1.鐵芯有心式、殼式、卷環(huán)式心式殼式C或E型卷環(huán)式2.繞組有同心式，盤式

同心式盤式

3.其它結構附件如油浸式電力變壓器，還有油箱、儲油柜、氣體繼電器、安全氣道、分接開關和絕緣套管等，如右圖所示。

作用：保證變壓器的安全和可靠運行。

4.1.3變壓器的分類和銘牌數(shù)據(jù)

1.分類

(1)

按用途分類變壓器可分為電力變壓器和特種變壓器。

(2)

按結構分類變壓器可分為心式、殼式和卷環(huán)式三種。

(3)

按冷卻方式分類變壓器可分為空氣冷卻的干式變壓器以及油冷式、油浸式變壓器等。

(4)

按相數(shù)分類變壓器可分為單相、三相變壓器。

2.銘牌數(shù)據(jù)

(1)額定電壓

(2)額定電流

(3)

額定容量注意：單相變壓器和三相變壓器額定數(shù)據(jù)的定義區(qū)別Oil-immersedTransformerControlTransformerAir-immersedTransformerMiniatureTransformer降壓啟動自耦變壓器電焊變壓器單相干式電壓互感器電流互感器4.2

單相變壓器的空載運行4.2.1空載運行時的電磁關系4.2.2空載運行時的電壓平衡方程式注意：與

的關系假設：根據(jù)上面各式，可得空載運行時的電壓平衡方程式為寫成有效值：寫成有效值：4.2.3空載運行時的相量圖和等效電路主磁通的作用：1.形成繞組的電感；2.產(chǎn)生鐵損耗

為常量，為變量，飽和程度上升，下降，當

變化不大時，的值基本不變。4.3單相變壓器的負載運行4.3.1負載運行時的電磁關系4.3.2負載運行時的基本方程式1.磁動勢平衡方程式2.電壓平衡方程式負載運行時的基本方程式4.3.3負載運行時的等效電路和相量圖

1.變壓器的折算

(1)電勢及電壓的折算(2)電流的折算(3)阻抗的折算折算后負載運行時的基本方程式(4)負載的折算2.等效電路T型等效電路

型等效電路簡化等效電路3.相量圖感性負載

容性負載

電阻性負載例4-1一臺單相電力變壓器，額定電壓，，，，，，當初級繞組加額定電壓時，試用T形等值電路求：①初級電流；②次級電流；③次級電壓和初級、次級的功率因數(shù)。解：①初級電流的計算依題意得勵磁阻抗為從初級看進去的等效阻抗為故初級電流為②次級電流的計算次級的折算電流為變壓器的變比為故次級電流為③次級電壓及次級功率因數(shù)的計算

次級電壓折算值為次級電壓為初級的功率因數(shù)為次級的功率因數(shù)為例4-2一臺單相降壓變壓器額定容量為，額定電壓為，，，。已知帶額定負載運行時

落后于。求空載與額定負載時的數(shù)據(jù)，由此說明空載和負載運行時有，即

不變，不變。解：初級漏阻抗為勵磁阻抗為空載時初級看進去的輸入阻抗為空載運行時的勵磁電流為空載運行時的初級漏阻抗壓降為空載運行時的初級感應電動勢為額定負載運行時初級電流為額定值為（已給）

額定負載運行時初級漏阻抗壓降為額定負載運行時的初級感應電動勢為比較空載運行和額定負載運行時初級感應電動勢空載時

額定負載時

因此可認為變壓器空載與額定負載運行時均有，即不變，不變。4.4變壓器參數(shù)的測定4.4.1變壓器的空載試驗

目的：測等效電路中的勵磁參數(shù)：方法：在低壓測進行，加額定電壓，分別測得

由空載等效電路知：對大功率變壓器空載試驗原理圖注意：(1)應用額定電壓下測得的參數(shù)計算；

(2)測得的值為折算到低壓側的數(shù)值，若要求高壓側的值必須再乘K2空載試驗還可測得：（1）變壓器的變比K

（2）變壓器的近似鐵損耗

對某些小功率變壓器，如航空變壓器則有略小于4.4.2變壓器的短路試驗目的：測短路參數(shù)：方法：在高壓側進行，低壓側短路，讓

從零逐漸增加到電流等于為止，此時的電壓即為短路電壓，約為。讀，由簡化等效電路得：短路試驗原理圖短路試驗等效電路圖電阻的折算(折算到75度)對正常設計的繞組：對于鋁線電阻，將234.5改為228即可。對銅線電阻注意：短路試驗是在高壓側進行的，所得參數(shù)為折算到高壓側的參數(shù)，若要求低壓側參數(shù)，則必須乘1/K2短路試驗還可求得：（1）近似銅損耗（2）變壓器的阻抗電壓（或短路電壓）例4-3

某三相銅線電力變壓器，，，接法，在室溫20°C時做空載和短路試驗，測得數(shù)據(jù)如下：

空載試驗，

短路試驗，。試求：折算到高壓側的勵磁參數(shù)、短路參數(shù)、額定短路損耗及阻抗電壓。解：①變壓器的變比：，各勵磁參數(shù)為②由短路實驗求得：折算到高壓側為換算到75oc為③額定短路損耗為④一相阻抗電壓為

4.4.3變壓器的標么值

定義：物理量的值與所選定的同單位基值的比基值的選取方法：一般取額定值，即使用標么值的優(yōu)點：3點見書則有：4.5變壓器的運行特性運行特性：（1）外特性:，不變

（2）效率特性：，不變4.5.1變壓器的外特性副邊端電壓的變化折算到原邊利用簡化等效電路4.4.2變壓器的效率特性當不變損耗等于可變損耗時，效率最高效率特性曲線功率流圖例4-4

某三相變壓器，接法，額定數(shù)據(jù)為：，，，，。當

時，，測得電壓恰為額定值，求此時負載的性質及功率因數(shù)角

的大?。ú豢紤]溫度的換算）。

解：當

時，，所以電壓變化率為

即故短路參數(shù)為所以負載為容性負載。

4.6三相變壓器

本節(jié)主要討論三相變壓器工作時的特殊問題，如三相變壓器的磁路，三相變壓器的繞組連接法，三相變壓器的電動勢以及三相變壓器的并聯(lián)運行等。4.6.1磁路分析

1.三相變壓器組的磁路特點：(1)各相磁路彼此獨立(2)外加三相對稱電壓時，三相空載電流、三相主磁通對稱

。2.三相心式變壓器的磁路特點：(1)三相磁阻不等；(2)外加三相對稱電壓，三相空載電流不對稱，但I0很小，對負載運行的影響可忽略。4.6.2繞組連接法與聯(lián)結組聯(lián)結組：用來表示三相變壓器的繞組連接法和初級、次級線電動勢的相位關系。

1.繞組的連接法

三相電力變壓器的繞組只采用星形和三角形連接，一般變壓器的出線標志：

初級繞組：，次級繞組：在對稱三相系統(tǒng)中：①接法；②

接法

星形接法

三角形接法

2.三相變壓器的聯(lián)結組

以時鐘數(shù)字來表示，1－30°，……12－360°；組號由初次級繞組線電動勢相量間的相位差決定。

1）單相變壓器的聯(lián)結組問題

2）三相變壓器的聯(lián)結組問題已知連接方式和同名端，判斷方法：Ⅰ.畫出初級繞組相量圖；Ⅱ.畫出次級繞組相量圖，讓A與a重合，比較初次級相電動勢的相位；Ⅲ.比較線電動勢

與

的相位，看

落后

多少度。Ⅳ.根據(jù)度數(shù)，寫出聯(lián)接組號.

聯(lián)結組AXBYCZ聯(lián)結組

連接的三相變壓器，其聯(lián)結組號都是偶數(shù)，有；；；；；共六種。

(1)

連接(2)

連接

聯(lián)結組聯(lián)結組

連接的三相變壓器，其聯(lián)結組號都是奇數(shù)，有；；；；；共六種。

連接可以得到與

連接同樣標號的聯(lián)結組號；連接可以得到與連接同樣標號的聯(lián)結組號。(3)

標準聯(lián)結組

單相和三相變壓器有很多聯(lián)結組號，為了不至于在制造和使用時造成混亂，國家標準對單相雙繞組電力變壓器規(guī)定只用一個標準聯(lián)結組：；對三相雙繞組電力變壓器規(guī)定使用以下五種標準聯(lián)結組：；；；；。4.6.3空載電動勢波形

單相變壓器空載運行時曾指出，當初級繞組外加電壓為正弦波時，主磁通及初級、次級感應電動勢也應為正弦波，但由于變壓器鐵心的磁飽和，空載電流呈尖頂波，如圖(a)。三相變壓器則要分情況而論。

1．

連接的三相變壓器

由于三次諧波電流的頻率為基波頻率的三倍，各相三次諧波電流的表達式為：

變壓器的初級用無中線的星形接法，所以三次諧波電流無法通過，即空載電流接近正弦波，如圖(b)所示。按磁化曲線繪出的主磁通為平頂波。

若為三相組式變壓器，磁路互不相關，與沿同一磁路閉合，三次諧波影響大，使相電動勢波形畸變，嚴重的可擊穿絕緣，因此不應采用。

若為三相心式變壓器，磁路互相關聯(lián)，三次諧波無法通過，但可借助變壓器油及油箱壁形成閉合回路。此時磁路的磁阻較大，三次諧波磁通很小，可認為主磁通基本為正弦波，相電動勢的波形也接近正弦波，因此可采用，但電壓高的不宜采用。

2.或連接

若三相變壓器采用

連接，初級空載電流中的三次諧波分量可以通過，保證了主磁通為正弦波，由它感應的相電動勢也為正弦波。

若三相變壓器采用

連接，初級空載電流的三次諧波分量不能通過，主磁通中必含有三次諧波磁通，但因次級為三角形連接，會有三次諧波環(huán)流，可使主磁通仍接近正弦波。如圖

由于都能使主磁通為或接近正弦波，相電動勢接近正弦波，因此都能采用。4.6.4變壓器的并聯(lián)運行

并聯(lián)運行，就是將兩臺或兩臺以上變壓器的初級繞組接到公共的電源上，次級繞組并聯(lián)起來一起向外供電。

目的：解決單臺變壓器供電不足的困難，提高供電的可靠性，減少儲備容量，并可根據(jù)負載的大小來調整投入運行的變壓器數(shù)量，提高運行效率。

要求：①空載時，無環(huán)流產(chǎn)生；

②負載時，能合理分配負載;

③各變壓器從同一相線輸出的電流相位相同。

條件：①各變壓器初、次級額定電壓相等(變比K相等)；

②各變壓器聯(lián)結組標號必須相同；

③各變壓器阻抗電壓或短路阻抗的標么值相等。(a)

單相變壓器

(b)

三相變壓器變壓器并聯(lián)運行1.變比不等時變壓器的并聯(lián)運行：以單相為例Q打開時，Q間的電位差：Q閉合：由于折算到次級的短路阻抗很小，故一般較大。通常規(guī)定并聯(lián)變壓器變比之間相差必須2.聯(lián)結組號不同時變壓器的并聯(lián)運行

兩臺變壓器：Y/Y-12，Y/-11，次級電壓相位差為30°由于電力變壓器的短路阻抗很小，這樣大的電壓差將在兩臺并聯(lián)運行變壓器的次級繞組中產(chǎn)生很大的空載環(huán)流，同時初級也感應很大環(huán)流，會將變壓器的繞組燒壞，故聯(lián)結組號必須相同。3.短路阻抗標么值不等時變壓器的并聯(lián)運行理想情況：，各變壓器按本身容量分擔負載。并聯(lián)運行的變壓器間容量差別越大，離開理想運行的可能性就越大，因此一般要求：例4-5兩臺額定電壓和聯(lián)結組號相同的變壓器并聯(lián)運行，它們的容量與阻抗電壓標么值分別為，，，，試求當總負載為

時，兩臺變壓器各自分擔的負載是多少？為了不使兩臺變壓器過載，總負載應為多少？

解：①兩臺變壓器分擔的負載計算由，得解上面的方程，得到每臺變壓器分擔的負載為②不過載時的總負載計算由于

已過載，要不過載只能，因此總負載為又，得4.7其它用途的變壓器4.7.1三繞組變壓器在電力系統(tǒng)中，通常需要把三種不同電壓的電網(wǎng)聯(lián)系起來，最好的方式就是采用三繞組變壓器降壓變壓器升壓變壓器1.基本方程式和等效電路

(1)三繞組變壓器的基本電磁關系(以降壓變壓器為例)

(1.2繞組變壓器變比)

(1.3繞組變壓器變比)磁通分為:主磁通：與三個繞組同時交鏈的磁通；

漏磁通：只交鏈一個或兩個繞組的磁通。磁動勢平衡關系：寫成電流關系：電動勢：各繞組漏感電勢：各繞組等效電抗或等效電抗折算值繞組自漏抗或自漏抗的折算值繞組互漏抗的折算值(2)

電壓平衡方程式按雙繞組變壓器的正方向慣量(3)

等效電路類T形等效電路簡化等效電路2.參數(shù)的測定勵磁參數(shù)的測定：與雙繞組變壓器類同；短路參數(shù)的測定：①繞組1加電壓，繞組2短路，繞組3開路②繞組1加電壓，繞組2開路，繞組3短路，有③繞組1開路，在繞組2上加電壓，繞組3短路，得：由此可得：效率和電壓變化率可參照雙繞組變壓器相關公式計算4.7.2自耦變壓器

1.結構特點：初、次級共用一個繞組的一部分。由此可見，初、次級繞組之間除磁耦合外，還有電的聯(lián)系。結構示意圖繞組接線圖磁動勢平衡

很小忽略得流過繞組N2的電流為：

變比k一般大于1，表明電流矢量與相位相反，

k

越接近1，則電流的數(shù)值越小。說明：自耦變壓器不僅比普通變壓器省了一個低壓繞組，而且保留的一個繞組的N2匝部分通過的電流值小，所以可減少導線的用料(省銅)和銅耗，故自耦變壓器質量輕、體積小。

變比

2.電流關系繞組接線圖

3.功率關系說明：自耦變壓器的輸出功率可分為兩部分，其中是通過電磁感應傳遞給負載的，即通常所說的電磁功率；另一部分是一次電流直接傳遞給負載的功率，稱為傳導功率。傳導功率是自耦變壓器所特有的。

4.優(yōu)缺點和用途

見教材書。4.7.3儀用互感器

1.電壓互感器

作用：將高電壓變成低電壓(100V）

接法：如圖

使用注意事項：①次級絕對不允許短路；

②次級繞組和鐵芯應可靠接地；

③次級的阻抗不能太小，以減小誤差。

2.電流互感器

作用：將大電流變成小電流(5A或1A）

接法：如圖

忽略

使用注意事項：①次級絕對不允許開路；

②次級繞組和鐵芯應可靠接地；

③次級的阻抗不能太大，以減小誤差。4.7.4其它特殊變壓器

1.電焊變壓器

交流電弧焊機是一臺特殊的降壓變壓器。為保證電焊的質量和電弧燃燒的穩(wěn)定性，有如下要求：(1)

空載電壓應達到60～75V，以保證起弧容易，但為了操作安全，電壓一般不超過85V。(2)

為適應電弧特性的要求，應具有迅速下降的外特性，即隨的增加能迅速下降到零。(3)

短路電流不應過大，一般不超過額定值的兩倍，工作電流要比較穩(wěn)定。因此，電焊變壓器必須具有較高的電抗，而且可以調節(jié)。為此電焊變壓器的初級、次級繞組一般分裝在兩個鐵心柱上，使繞組的漏電抗比較