變壓器空載短路第一頁，共五十六頁，2022年，8月28日1.1.2變壓器的工作原理一、基本工作原理

變壓器的主要部件是鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。兩繞組只有磁耦合沒電聯(lián)系。在原繞組中加上交變電壓，產(chǎn)生交鏈原、副繞組的交變磁通，在兩繞組中分別感應(yīng)電動勢。

只要原、副繞組的匝數(shù)不同，就能達(dá)到改變電壓的目的。第二頁，共五十六頁，2022年，8月28日空載運(yùn)行：是指當(dāng)變壓器原繞組接交流電源，副繞組開路，即i2=0時的狀態(tài)?？蛰d時原繞組中的交變電流稱為空載電流單相變壓器的空載運(yùn)行第三頁，共五十六頁，2022年，8月28日

單相變壓器的空載運(yùn)行電磁關(guān)系第四頁，共五十六頁，2022年，8月28日主磁通和漏磁通在性質(zhì)上的不同：

1）由于鐵磁材料有飽和現(xiàn)象，所以主磁路的磁阻不是常數(shù)，主磁通與建立它的電流之間呈非線性關(guān)系。而漏磁通的磁路大部分是非鐵磁材料組成，所以漏磁路的磁阻基本上是常數(shù)，漏磁通與產(chǎn)生它的電流呈線性關(guān)系

2）主磁通在原、副繞組中均感應(yīng)電動勢，當(dāng)副方接上負(fù)載時便有電功率向負(fù)載輸出，故主磁通起傳遞能量的作用。而漏磁通僅在原繞組中感應(yīng)電動勢，不能傳遞能量，僅起壓降作用。因此，在分析變壓器和交流電機(jī)時常將主磁通和漏磁通分開處理。第五頁，共五十六頁，2022年，8月28日

單相變壓器的空載運(yùn)行討論：1）性質(zhì)上：與成非線性關(guān)系；與成線性關(guān)系；2）數(shù)量上：占99%以上，僅占1%以下；3）作用上：起傳遞能量的作用，起漏抗壓降作用。主磁通與漏磁通的區(qū)別？第六頁，共五十六頁，2022年，8月28日變壓器的感應(yīng)電動勢和變比1、正方向的規(guī)定：1）在負(fù)載支路，電流的正方向與電壓降的正方向一致，而在電源支路，電流的正方向與電動勢的正方向一致2）磁通的正方向與產(chǎn)生它的電流的正方向符合右手螺旋定則3）感應(yīng)電動勢的正方向與產(chǎn)生它的磁通的正方向符合右手螺旋定則電壓u1,u2的正方向表示電位降低，電動勢e1,e2的正方向表示電位升高。在原方，u1由首端指向末端，1從首端流入。當(dāng)u1與1同時為正或同時為負(fù)時，表示電功率從原方輸入，稱為電動機(jī)慣例。在副方，u2和2的正方向是由e2的正方向決定的，即2沿e2的正方向流出。當(dāng)u2和2同時為正或同時為負(fù)時，電功率從副方輸出，稱為發(fā)電機(jī)慣例第七頁，共五十六頁，2022年，8月28日

變壓器的感應(yīng)電動勢和變比2、感應(yīng)電動勢分析1)、主磁通感應(yīng)的電動勢——主電動勢設(shè)則有效值相量同理，副邊主電動勢也有同樣的結(jié)論。

可見，當(dāng)主磁通按正弦規(guī)律變化時，所產(chǎn)生的原邊主電動勢也按正弦規(guī)律變化，時間相位上滯后主磁通。主電動勢的大小與電源頻率、繞組匝數(shù)及主磁通的最大值成正比。第八頁，共五十六頁，2022年，8月28日2、感應(yīng)電動勢分析2)、漏磁通感應(yīng)的電動勢——漏電動勢漏電動勢也可以用漏抗壓降來表示，即根據(jù)主電動勢的分析方法，同樣有由于漏磁通主要經(jīng)過非鐵磁路徑,磁路不飽和,故磁阻很大且為常數(shù),所以漏電抗很小且為常數(shù),它不隨電源電壓負(fù)載情況而變.第九頁，共五十六頁，2022年，8月28日3、電壓平衡方程式（1）一次側(cè)電動勢平衡方程忽略很小的漏阻抗壓降，則可見，影響主磁通大小的因素有電源電壓、電源頻率和原邊線圈匝數(shù)。并寫成有效值形式，有在副邊，由于電流為零，則副邊的感應(yīng)電動勢等于副方的空載電壓，即：重要公式第十頁，共五十六頁，2022年，8月28日4、變壓器的變比定義對三相變壓器，變比為原、副邊的相電動勢之比，近似為額定相電壓之比。定義：在變壓器中，原、副繞組的感應(yīng)電動勢E1和E2之比稱為變壓器的變比，用K表示變壓器的變比等于原、副繞組的匝數(shù)比。當(dāng)變壓器空載運(yùn)行時，由于U1≈E1

，U20≈E2，故可近似地用空載運(yùn)行時原、副邊的電壓比來作為變壓器的變比是變壓器中一個很重要的參數(shù)，若Nl＞N2，則U1＞U2，是降壓變壓器；若N1＜N2，則U1＜U2，是升壓變壓器

第十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日討論：一臺220/110伏的變壓器，變比，能否原邊線圈用2匝，副邊線圈用1匝，為什么？答：不能。由可知，由于匝數(shù)太少，主磁通將劇增，磁密過大,磁路過于飽和，磁導(dǎo)率μ降低，磁阻增大。于是，根據(jù)磁路歐姆定律可知,產(chǎn)生該磁通的激磁電流必將大增。再由可知，磁密過大,導(dǎo)致鐵耗大增，銅損耗也顯著增大，變壓器發(fā)熱嚴(yán)重，可能損壞變壓器。第十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日討論：一臺結(jié)構(gòu)已定的變壓器當(dāng)外施電壓為已知，需要電源提供多大的激磁電流呢?激磁電流包括哪些成分呢?答：決定于變壓器的鐵芯材料及鐵芯幾何尺寸。因?yàn)殍F芯材料是磁性物質(zhì)，激磁電流的大小和波形將受磁路飽和、磁滯及渦流的影響。第十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日補(bǔ)充：高低壓繞組的判別用萬用表的電阻檔測量變壓器的四個端子，相通的端子間對應(yīng)一個繞組。其中電阻大的對應(yīng)高壓繞組，電阻小的對應(yīng)低壓繞組。第十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日

變壓器的空載電流1、作用與組成2、性質(zhì)和大小性質(zhì)：由于空載電流的無功分量遠(yuǎn)大于有功分量，所以空載電流主要是感性無功性質(zhì)——也稱勵磁電流I0Q=I0P；空載電流包含兩個分量，一個是勵磁分量，作用是建立磁場，產(chǎn)生主磁通,它不消耗有功功率——無功分量；另一個是鐵損耗分量，作用是供變壓器鐵心損耗——有功分量大?。旱谑屙摚参迨?，2022年，8月28日空載時相量圖和等效電路1、空載時的相量圖（1）以為參考相量（3）與同相，超前，（2）滯后，且空載時(4)根據(jù)電壓平衡方程式，在的末端作，再在相量 的末端作相量，連結(jié)始端和的末端的相量，即為電壓的相量。與的夾角為。為了清楚起見，把

和兩相量畫得比實(shí)際比例放大了。第十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日討論:1、變壓器空載運(yùn)行時功率因數(shù)？

接近900

，因此變壓器空載運(yùn)行時功率因數(shù)很低，一般COSφ0≈0.1～0.2故應(yīng)避免變壓器空載運(yùn)行第十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日3空載時的相量圖和等效電路1、等值電路一次側(cè)的電動勢平衡方程為基于表示法，感應(yīng)的也用電抗壓降表示，由于在鐵心中引起，所以還要引入一個電阻，用等效，即空載時等效電路為第十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日勵磁電阻、勵磁電抗、勵磁阻抗。由于磁路具有飽和特性，所以不是常數(shù)，隨磁路飽和程度增大而減小。由于，所以有時忽略漏阻抗，空載等效電路只是一個元件的電路。在一定的情況下，大小取決于的大小。從運(yùn)行角度講，希望越小越好，所以變壓器常采用高導(dǎo)磁材料，增大，減小，提高運(yùn)行效率和功率因數(shù)。第十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日第二十頁，共五十六頁，2022年，8月28日例：低壓照明變壓器一次繞組匝數(shù)N1=660匝，一次繞組電壓U1=220V，現(xiàn)要求二次繞組輸出電壓U2=36V，求二次繞組匝數(shù)N2及變比K。由公式可得N2=K=匝=108匝第二十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日1、有一臺D-50/10單相變壓器，，試求變壓器原、副線圈的額定電流？解：一次繞組的額定電流補(bǔ)充習(xí)題：二次繞組的額定電流第二十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日2、有一臺SSP-125000/220三相電力變壓器，YN，d接線，

，求①變壓器額定電壓和額定電流；②變壓器原、副線圈的額定電流和額定電流。解：①.

原、副邊額定電壓

原線圈額定電流（線電流）副線圈額定電流（線電流）（2）由于YN，d接線原繞組的額定電壓

U1Nф=原繞組的額定電流

副繞組的額定電壓副繞組的額定電流I2Nф=第二十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日

單相變壓器的空載運(yùn)行小結(jié)（1）原邊主電動勢與漏阻抗壓降總是與外施電壓平衡,若忽略漏阻抗壓降，則原邊主電勢的大小由外施電壓決定.（2）主磁通大小由電源電壓、電源頻率和原線圈匝數(shù)決定，與磁路所用的材質(zhì)及幾何尺寸基本無關(guān)。（3）空載電流大小與主磁通、線圈匝數(shù)及磁路的磁阻有關(guān)，鐵心所用材料的導(dǎo)磁性能越好，空載電流越小。（4）電抗是交變磁通所感應(yīng)的電動勢與產(chǎn)生該磁通的電流的比值，線性磁路中，電抗為常數(shù)，非線性電路中，電抗的大小隨磁路的飽和而減小。第二十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日討論：1、變壓器原繞組的電阻一般很小，為什么在原繞組上加額定的交流電壓，線圈不會燒毀？若在原繞組加上與交流電壓數(shù)值相同的直流電壓，會產(chǎn)生什么后果？這時副繞組有無電壓輸出？答：當(dāng)變壓器原邊加額定交流電壓時，原繞組內(nèi)將感應(yīng)有較高的反電勢，盡管變壓器原繞組電阻較小，線圈不會燒毀。當(dāng)原繞組加相同的直流電時，因電壓不會交變，因而繞組內(nèi)沒有感應(yīng)電勢，副邊無電壓輸出。時間較長變壓器將發(fā)熱燒毀第二十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日2、變壓器繞組匝間短路，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？產(chǎn)生的原因？處理方案？變壓器繞組匝間短路，會出現(xiàn)電流增大、發(fā)熱、壓力增大。原因:絕緣損壞、短路、雷擊過電壓等。處理方案:通過瓦斯保護(hù)動作與跳閘，再檢查、修復(fù)。第二十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日變壓器原繞組接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，副繞組接上負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，稱為負(fù)載運(yùn)行。變壓器的負(fù)載運(yùn)行負(fù)載運(yùn)行原理圖第二十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日如圖所示，副繞組中有電流I2通過，由于該電流是依據(jù)電磁感應(yīng)原理由原繞組感應(yīng)而產(chǎn)生，因此原繞組中的電流也由空載電流I0變?yōu)樨?fù)載電流I1，變壓器的負(fù)載電流分成兩個分量,一個是勵磁電流,用來產(chǎn)生主磁通,另一個是負(fù)載分量,用來抵消副邊磁動勢的作用。電磁關(guān)系將原、副邊聯(lián)系起來,副邊電流增加或減少必然引起原邊電流的增加或減少.可見，負(fù)載后副邊得到的能量其實(shí)還是由原邊提供的。負(fù)載后，副邊產(chǎn)生電流I2，其大小隨負(fù)載變化負(fù)載前后，勵磁電流I0幾乎不變第二十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日變壓器效率一般都很高，因此可以近似認(rèn)為，變壓器的輸入功率與輸出功率相等，即U1I1=U2I2，則式中表明：變壓器原、副繞組中的電流與原、副繞組的匝數(shù)成正比，即變壓器不僅能變電壓，同時也能變電流，且電流的大小與匝數(shù)成反比。變壓器的高壓繞組匝數(shù)多，而通過的電流小，因此繞組所用的導(dǎo)線細(xì)；反之低壓繞組匝數(shù)燒，通過的電流大，所以的導(dǎo)線較粗。第二十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日討論：變壓器鐵心中的磁動勢，在空載和負(fù)載時比較，有哪些不同？答：空載時的勵磁磁動勢只有原邊磁動勢，負(fù)載時的勵磁磁動勢是一次側(cè)和副邊的合成磁動勢，即,也就是。第三十頁，共五十六頁，2022年，8月28日變壓器負(fù)載時電動勢平衡方程式（略）第三十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日2.等效電路及相量圖(略）折算：將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個繞組來等效，同時對該繞組的電磁量作相應(yīng)的變換，以保持兩側(cè)的電磁關(guān)系不變。目的：用一個等效的電路代替實(shí)際的變壓器。折算原則：1）保持二次側(cè)磁動勢不變；2）保持二次側(cè)各功率或損耗不變。方法：（將二次側(cè)折算到一次側(cè))第三十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日2、等效電路及相量圖（略）一、折算折算后的方程式為第三十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日二、等效電路根據(jù)折算后的方程，可以作出變壓器的等效電路。T型等效電路：近似等效電路（略）第三十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日（略）二、等效電路簡化等效電路：其中分別為短路電阻、短路電抗和短路阻抗。

由簡化等效電路可知，短路阻抗起限制短路電流的作用，由于短路阻抗值很小，所以變壓器的短路電流值較大，一般可達(dá)額定電流的10~20倍。第三十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日負(fù)載運(yùn)行相量圖（略）作相量圖的步驟——對應(yīng)T型等效電路，假定變壓器帶感性負(fù)載。第三十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日負(fù)載運(yùn)行相量圖（略）作相量圖的步驟（假定變壓器帶感性負(fù)載）-對應(yīng)簡化等效電路由等效電路可知根據(jù)方程可作出簡化相量圖第三十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日變壓器的阻抗變比變壓器不但具有電壓變換和電流變換的作用，還具有阻抗變換的作用，當(dāng)變壓器副繞組接上阻抗為Z的負(fù)載后，則式中相當(dāng)于直接接在原繞組上的等效阻抗，故接在變壓器副繞組上的負(fù)載Z與不經(jīng)過變壓器直接接在電源上的負(fù)載相比小了1/K2倍，第三十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日討論：生活中有沒有類似的變壓器？為了能在揚(yáng)聲器中獲得最好的音響效果（或得最大得功率輸出），要求音響設(shè)備輸出得阻抗與揚(yáng)聲器得阻抗盡量相等。但實(shí)際上揚(yáng)聲器得阻抗往往只有幾歐到幾十歐，而音響設(shè)備等信號得輸出阻抗恰恰很大，在幾百歐、幾千歐以上，為此通常在兩者之間加接一個變壓器（稱輸出變壓器、線間變壓器）來達(dá)到阻抗匹配得目的。音響設(shè)備：第三十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日補(bǔ)充例題：例：某晶體管擴(kuò)音機(jī)輸出電路得輸出阻抗為，接入得揚(yáng)聲器阻抗為Z＝8Ω，現(xiàn)加接一個輸出變壓器使兩者實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，求該變壓器得變比K;若該變壓器原繞組匝數(shù)N1＝560匝，問副繞組匝數(shù)N2為多少？解：第四十頁，共五十六頁，2022年，8月28日1、型號

型號表示一臺變壓器的結(jié)構(gòu)、額定容量、電壓等級、冷卻方式等內(nèi)容，表示方法為如OSFPSZ-250000/220表明自耦三相強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷三繞組銅線有載調(diào)壓，額定容量250000kVA，高壓額定電壓220kV電力變壓器。變壓器的銘牌數(shù)據(jù)第四十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日2、額定值此外，額定值還有額定頻率f=50HZ、效率、溫升等。指長期運(yùn)行時所能承受的工作電壓指銘牌規(guī)定的額定使用條件下所能輸出的視在功率。指在額定容量下，允許長期通過的額定電流。在三相變壓器中指的是線電流第四十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日三者關(guān)系：接：Y接：UNΦ為相電壓INΦ為相電流第四十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日1.1.5變壓器的外特性和額定值1.001.0U20U2當(dāng)電源電壓U1不變時，對電阻性和電感性負(fù)載而言，副繞組上的端電壓U2隨著負(fù)載電流I2的增加而下降。對感性負(fù)載而言，功率因數(shù)COSφ2越低，U2下降得越快。第四十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日電壓變化率定義：是指原繞組加50Hz額定電壓、變壓器從空載到額定負(fù)載，副繞組電壓U2的變換程度，即

電壓變化率是表征變壓器運(yùn)行性能的重要指標(biāo)之一,它大小反映了供電電壓的穩(wěn)定性。

在一般變壓器中，由于其電阻和漏磁感抗均很小，電壓變化率不大，約5%左右，故變壓器上裝有調(diào)壓分接開關(guān)，可在（-5%～+5%）范圍內(nèi)調(diào)壓調(diào)壓分接開關(guān)第四十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日變壓器的損耗、效率

鐵損耗與外加電壓大小有關(guān)，而與負(fù)載大小基本無關(guān)，又因外加電壓U1不變，故也稱為不變損耗。1、變壓器的損耗

銅損耗是是電流在一、二次繞組電阻上產(chǎn)生的損耗之后。變壓器的損耗主要是鐵損耗?PFe和銅損耗?PCu兩種。

鐵損耗是主磁通在鐵芯中產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗之和。

銅損耗大小與負(fù)載電流平方成正比，故也稱為可變損耗。

變壓器從電源輸入的有功功率P1和向負(fù)載輸出的有功功率P2之差為變壓器的損耗?P第四十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日

效率大小反映變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性能的好壞，是表征變壓器運(yùn)行性能的重要指標(biāo)之一。2、效率效率是指變壓器的輸出功率與輸入功率的比值。其中第四十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日1.1.6變壓器的參數(shù)測定1空載實(shí)驗(yàn)1、目的：通過測量空載電流I0和原、副繞組電壓及空載功率P0來計算變比K、勵磁參數(shù)rm、Xm、Zm。2、接線圖3、試驗(yàn)方法1）低壓側(cè)加電壓，高壓側(cè)開路；WAVV~**第四十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日由于外加電壓U20=U2N，則磁通達(dá)到正常工作值，鐵損PFE也為正常工作值，變壓器空載電流I20很小，則繞組銅耗PCU=I202R2《PFE，那么PCU可忽略不計，因此，副邊從電網(wǎng)吸收來的功率P0=PFE第四十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日4、勵磁參數(shù)得計算2）空載電流和空載功率必須是額定電壓時的值，并以此求取勵磁參數(shù)；3）空載試驗(yàn)是在低壓邊加壓進(jìn)行，若要得到高壓側(cè)參數(shù)，須把求出得勵磁參數(shù)值乘以K2；4）對三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值；1）求出參數(shù)第五十頁，共五十六頁，2022年，8月28日2短路實(shí)驗(yàn)1、目的：通過測量短路電流、短路電壓及短路功率來計算變壓器的短路電壓百分?jǐn)?shù)、銅損和短路阻抗。2、接線圖3、要求及分析