第二章主变压器

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第二章主变压器

（1）绝缘作用变压器油具有比空气高得多地绝缘强度。绝缘材料浸在油中，不仅可提高绝缘强度，而且还可免受潮气地侵蚀。（2）散热作用变压器油地比热大，常用作冷却剂。变压器运行时产生地热量使靠近铁芯和绕组地油受热膨胀上升，通过油地上下对流，热量通过散热器散出，保证变压器正常运行。（3）消弧作用在油断路器和变压器地有载调压开关上，触头切换时会产生电弧。由于变压器油导热性能好，且在电弧地高温作用下能分触了大量气体，产生较大压力，从而提高了介质地灭弧性能，使电弧很快熄灭。。
4.8 分接开关：为了使变压器的输出电压控制在允许变化的范围内，而在变压器的一次绕组侧装接的开关。它可与一次绕组的不同分接头连接，从而改变一次绕组的匝数，达到调节输出电压的目的。分无励磁(以前称无载)和有载调压.
有载调压：变压器出线侧电压的波动来自两个方面，一是进线电源的电压波动，二是负载变化使压降变化。若电网中没有调压措施，则线路末端电压波动可达20％以上。负载的变化直接影响变压器出线端侧的电压。负载小，变压器出线端的电压偏高（变压器容量不变的情况下）；负载大，变压器出线端电压偏低。当电压太低时，变压器便不能正常工作，严重者造成停电事故。有载调压的目的就是当负荷波动时，在一定范围内进行调压，以维持电压平衡，保证供电质量。
4.9 绝缘套管：由瓷套和导电杆组成。其作用是使高、低压绕组的引出线与变压器的箱体绝缘。
4.10 测温装置：测量装置用于监视变压器运行时变压器油的温度。中小型变压器一般采用水银温度计，大型变压器通常采用压力式温度计。当油温达到指定值时，发出信号或起动冷却系统工作。
4.11 变压器油：变压器油主要有绝缘、散热和消弧作用。要求油的介质强度高，粘度低，发火点高，凝固点低，不含酸、碱、硫、灰尘和水分等杂质。

电机学-变压器

I具有无功电流性质，它是励磁电流的主要成分。
2、磁滞电流分量Ih ：Ih与-E1同相位，
是有功分量电流。
3、涡流电流分量Ie： Ie与-E1同相位
Ie由涡流引起的，与涡流损耗对应，
所以：又由于Ih和Ie同相位，合并称为铁耗电流分量，用IFe表示。
空载时励磁电流
❖ Iu——磁化电流，无功性质，为主要分量 ❖ Ife——铁耗电流，有功性质，产生磁滞（Ih）
e2有效值E2 E2m / 2 2f N2 m
图2-8
2、电压变比
❖ 变比——初级电压与次级空载时端点电压之比。 ❖ 电压变比k 决定于初级、次级绕组匝数比。 ❖ 略去电阻压降和漏磁电势
k U1 E1 N1 U 20 E2 N2
四、励磁电流的三个分量
❖ 忽略电阻压降和漏磁电势，则U1＝E1＝4.44fN1m。 m∝U1即：当外施电压U1为定值，主磁通m也为一定值
k＝N1/N2＝1
一)次级电流的归算值
归算前后磁势应保持不变
I
' 2
N
' 2
I2N2
I
' 2
I2
N2
N
' 2
I2
N2 N1
I2 / k
❖ 物加理了k意倍义。：为当保用持N磁2＝势N不1替变代。了次N级2电，流其归匝算数值增减小到原来的1／k倍。
二)次级电势的归算值
归算前后次级边电磁功率应不变 ❖ E2I2＝E2I2
❖ 励磁电流的值决定于主磁通 m，即决
定于E1。
u1≈E1=4.44fN1Φm
电磁现象
返回
2、基本方程式
返回
3、归算
❖ 绕组归算——用一假想的绕组替代其中一个绕组使成为k＝1的变压器。

电机学：变压器第二章变压器的运行分析 04

用一台副绕组匝数等于原绕组匝数的假想变压器来模拟实际变压器，假想变压器与实际变压器在物理情况上是等效的。

2)3) 有功和无功损耗不变。

2I实际上的二次侧绕组各物理量称为实际值或折合前的值。

折合后，二次侧各物理量的值称为其折合到一次绕组的折合值。

当把副边各物理量归算到原边时，凡是单位为伏的物理量（电动势、电压等）的归算值等于其原来的数值乘以k；凡是单位为欧姆的物理量（电阻、电抗、阻抗等）的归算值等于其原来的数值乘以k2；电流的归算值等于原来数值乘以1/k。

参数意义220/110V,1R m E 0I 2I ′ U 2I简化等效电路R k 、X k 、Z k 分别称为短路电阻、短路电抗和短路阻抗，是二次侧短路时从简化等效电路一次侧端口看进去的电阻、电抗和阻抗。

R k ＝R 1＋2R ′， X k ＝X 1＋2X ′ Z k ＝R k ＋j X k应用基本方程式作出的相量图在理论上是有意义的，但实际应用较为困难。

因为，对已经制造好的变压器，很难用实验方法把原、副绕组的漏电抗x 1和x 2分开。

因此，在分析负载方面的问题时，常根据简化等效电路来画相量图。

短路阻抗的电压降落一个三角形ABC ，称为漏阻抗三角形。

对于给定的一台变压器，不同负载下的这个三角形，它的形状是相似的，三角形的大小与负载电流成正比。

在额定电流时三角形，叫做短路三角形。

讨论：变压器的运行分析感性负载时的简化相量图2U ′− 21I I ′−= 2ϕ 1kI r kx I j 1 1U ABC()()1111111121111210211220m2211P U I E I R jX I E I I RE I I I R I R E I I R =⎡⎤=−++⎣⎦=−+′=−−+′′=++ i i i i i()em 222222222222P E I U I R jX I U I I R ′′=′′′′′⎡⎤=++⎣⎦′′′′=+ i i i 有功功率平衡关系，无功功率平衡关系例题一台额定频率为60Hz的电力变压器，接于频率等于50Hz，电压等于变压器5/6倍额定电压的电网上运行，试分析此时变压器的磁路饱和程度、励磁电抗、励磁电流、漏电抗以及铁耗的变化趋势。

第二部分变压器第二章变压器

四、变压器铭牌：用以标明该设备的额定数据和使用条件。额定值：保证设备能正常工作，且能保证一
定寿命而规定的某量的限额。
1、额定容量： S N
视在功率，伏安，千伏安，兆伏安。在稳定负载和额定使用条件下，加额定电压，额定频率时能输出额定电流而不超过温升限值的容量。对三相变压器指三相容量之和。
（无功分量）
铁耗电流 IFe ：产生损耗
故
Im I IFe
（有功分量）
附：1、磁化电流波形分析（磁化曲线） 2、激磁电流波形分析（考虑磁滞损耗） 3、向量图
3、感应电势与激磁电流的关系：主磁通所感应的电势与产生主磁通的磁化电流的
关系为： N1i m
e1

N1
d
dt
三、变压器的结构：
器身：铁心、绕组、绝缘和出线装置；油箱；冷却装置；保护装置（一）、铁芯：磁路部分。含硅量高的(0.35~0.5mm)厚硅钢片迭压而成。（为减少磁滞，涡流损耗）分为铁芯柱和铁轭两部分结构的基本形式有芯式和壳式两种。
单相心式变压器
单相壳式变压器
（二）绕组：电路部分。高压绕组，低压绕组

U1

I1

F1

N1 I1

E1

I0
Zm

I 2 F2 N 2 I2

E2

2 E 2
I 2R2

U2 I2 Z L
2、磁动势平衡关系：负载时建立主磁通的磁动势为 F1 F2 空由载空时载建到立负主载磁，通电的源磁电动压势不为变，F0主磁通基本不变，

第2章变压器的基本作用原理与理论分析

3、油枕 4、高低压绝缘套管 5、油标` 6、起吊孔
1、油箱
2、散热管
7、铭牌
18
大型电力变压器
19
五、变压器的额定值
1 额定容量S N (kVA) : 、
指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率。
2 额定电流I1N 和I 2 N ( A) : 、
指在额定容量下，允许长期通过的额定电流。在三相变压器中指的是线电流
铁轭
铁芯柱
铁芯叠片
装配实物
11
铁芯各种截面
充分利用空间
提高变压器容量
减小体积。
12
㈡、绕组
变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。
按照绕组在铁芯中的排列方法分为：铁芯式和铁壳式两类按照变压器绕组的基本形式分为：同芯式和交叠式两种．
1、铁芯式:
（1）、每个铁芯柱上都套有
高压绕组和低乐绕组。为了绝
3 额定电压U1N 和U 2 N (kV ) : 、
指长期运行时所能承受的工作电压（线电压）
U1N是指加在一次侧的额定电压,U 2 N 是指一次侧加 U1N时二次的开路电压对三相变压器指的是线 . 电压.
20
三者关系：
单相 : S 三相 : S
N N
U 1 N I1 N U 2 N I 2 N 3U1N I1N 3U 2 N I 2 N
同理，二次侧感应电动势也有同样的结论。
则:
e2 N 2 d 0 2fN 2 m sin(t 90 0 ) E2 m sin(t 90 0 ) dt
有效值: E2 4.44 fN2m
相量:
E2 j 4.44 fN2m
25
⒉ E1﹑E2在时间相位上滞后于磁通 0 900. 其波形图和相量图如图2—8所示

第2章变压器的工作原理和运行分析

SN SN ，I 2 N 3U 1 N 3U 2 N
注意！对于三相系统，额定值都是指线间值。
第二节变压器空载运行
空载：一次侧绕组接到电源，二次侧绕组开路。一、电磁现象
u1
Φm
i0
Φ 1σ
e1 e1σ
N1
N2
e2
u20
i

二、参考方向的规定
e
i i

e

e
三、变压原理、电压变比
对于变压器的原边回路，根据电路理论有：
u1 i0 r1 e1 e1
空载时 i0r1 和 e1σ 都很小，如略去不计，则 u1 = - e1 。设外加电压 u1 按正弦规律变化，则 e1 、Φ 和e2 也都按正弦规律变化。设主磁通 m sin t ，则：
u1
Φm
u1
Φm
e1
e2
ωt 0 180° 360°
现在的问题是，要产生上述大小的主磁通 Φm ，需要多大（什么样）的激磁电流 Im ？
励磁电流的大小和波形受磁路饱和、磁滞及涡流的影响。
1、磁路饱和对励磁电流的影响
mm mm
i0 tt
00
i0i0 tt
00
i0 i0
tt
tt
磁路不饱和时，i0 ∝φ，其波形为正弦波。
磁路饱和时，i0与φ 不成线性关系，φ越大，磁路越饱和，i0/φ比值越大，励磁电流的波形为尖顶波。
六、漏抗漏电势的电路模型与励磁特性的电路模型类似，只是漏磁通所经路径主要为空气，磁阻大，磁通量小，磁路不饱和，因此可以忽略漏磁路的铁耗，即漏电势的电路模型中的等效电阻为零，即漏电势

第二章变压器习题及其答案

第二章变压器2-1 什么叫变压器的主磁通，什么叫漏磁通？空载和负载时，主磁通的大小取决于哪些因素？答：变压器工作过程中，与原、副边同时交链的磁通叫主磁通，只与原边或副边绕组交链的磁通叫漏磁通。

由感应电动势公式Φ=1144.4fN E 可知，空载或负载情况下11E U ≈，主磁通的大小取决于外加电压1U 、频率f 和绕组匝数1N 。

2-2 一台50Hz 的变压器接到60Hz 的电源上运行时，若额定电压不变，问激磁电流、铁耗、漏抗会怎样变化答：（1）额定电压不变，则'1'11144.444.4Φ=Φ=≈N f fN E U N又5060'=f f ⇒6050'=ΦΦ，即Φ=Φ5'磁通降低，此时可认为磁路为线性的，磁阻sl R m μ=不变，励磁磁势m m R N I Φ=⋅1，∴m m I I 65'=；（2）铁耗：βαf B p m Fe ∝，βα> 铁耗稍有减小；（3）σσσπ11''1562x L f x =⋅=， σσσπ22''2562x L f x =⋅= 2-3 在导出变压器的等效电路时，为什么要进行归算？归算是在什么条件下进行的？答：因为变压器原、副边只有磁的联系，没有电的联系，两边电压21E E ≠、电流不匹配，必须通过归算，才能得到两边直接连接的等效电路；归算原则：保持归算前后副边的磁动势不变。

2-4 利用T 型等效电路进行实际问题计算时，算出的一次和二次侧电压、电流和损耗、功率是否为实际值，为什么？答：一次侧没有经过归算，所以为实际值；二次侧电压、电流不是实际值，因为归算前后绕组匝数不同，但损耗、功率为实际值。

2-5 变压器的激磁阻抗和等效漏阻抗如何测定？答：激磁阻抗由空载试验测量；等效漏阻抗由短路试验测量。

（具体测量方法略）2-14 有一台三相变压器，额定容量kKA S N 5000=，额定电压kV kV U U N N 3.61021=，Y ,d 联结，试求：（1）一次、二次侧的额定电流；（2）一次、二次侧的额定相电压和相电流。

第二章变压器运行规程

（6）变压器过负荷期运行时。
第十五条运行中的变压器每1小时应进行一次外部检查，检查项目如下：
1、变压器的油温和温度计应正常，各部位无渗油、漏油。
2、油枕充油正常，油色透明，油枕油色介于清和浅棕色之间。
3、套管外部无破损裂纹、无严重油污、无放电痕迹及其它异常现象。
第八条变压器的并列运行
1、高压或低压厂用变压器不能长期并列运行，以防止电压不等产生环流。
2、厂用变压器充电应在装有保护装置的高压侧进行。厂用变压器在并列前应尽可能将高压侧电源联络起来或调整一次电压接近以减少环流。
3、变压器并列时应符合下列条件：
a.绕组接线组别相同
b.电压比相同（相差不超过±5%）
7、高压侧装有断路器，低压侧装有闸刀开关的变压器，拉闸时，先拉闸刀开关，合闸时，先合断路器，即用闸刀开关拉合环流。（变压器并列运行时）
8、新安装或大修后的变压器，以及因内部故障使保护动作跳闸的变压器，在投运前应用发电机做零起升压试验。
第四条变压器的充电应由高压电源侧用开关进行。停电时应先停负载侧，后停电源侧。严禁变压器从低压侧向高压侧倒充电。变压器在投运前应先投入其冷却装置。
第二章变压器运行规程
第三章变压器概况
我厂#1、2、3主变高备变为双绕组变压器，油浸风冷方式，低厂变、电除尘变、3号励磁变、输煤变为干式变压器。各铭牌参数如下:
#1、2主变 #3主变高备变
型号 SF9-31500/38.5 SF9-75000/38.5 SFZ10-10000/35GY
3、变压器投入运行前的外部检查项目如下：
（1）油枕和充油套管油位正常，油色应透明，油枕的油色应介于清与浅棕色之间，各处不漏油。

主变运行规程

第一部分：主体设备部分第二章主变运行规程1. 概述1#总降：3台50MVA变压器，选用三相二卷式自冷变压器，室外布置；型号：SZ10-50000/110；电压比：110±2×2.5%/10.5kV；接线组别：YN，d11；容量比：100/100；阻抗电压：14%；主变压器中性点接地方式：高压侧：直接接地或经间隙、氧化锌避雷器接地，调压方式：自动／手动有载调压；2#总降：2台50MVA变压器2台90 MVA变压器，50MVA变压器选用三相二卷式自冷变压器，室外布置；型号：SZ10-50000/110；电压比：110±8×1.25%/10.5kV；接线组别：YN，d11；容量比：100/100；阻抗电压：14%；主变压器中性点接地方式：高压侧：直接接地或经间隙、氧化锌避雷器接地,低压侧：不接地；调压方式：自动／手动有载调压。

90 MVA变压器选用三相三卷式风冷变压器，室外布置, 型号：SFFZ10—90000/110；容量：90000/54000/54000kVA；电压比：110±8×1.25%/10.5-10.5kV；接线组别:YNd11- d11；容量比：100/60/60；阻抗电压：14%；主变压器中性点接地方式：高压侧：直接接地或经间隙、氧化锌避雷器接地,低压侧：不接地；调压方式：自动／手动有载调压。

3#总降：4台90 MVA变压器，选用三相三卷式风冷变压器，室外布置；型号：SFSZ10—90000/110；容量：90000/90000/54000kVA；电压比：110±8×1.25%/35-10.5kV；接线组别:YNynOd11；容量比：100/100/60；阻抗电压：高低23%,高中11%,中高10%；主变压器中性点接地方式：高压侧：直接接地或经间隙、氧化锌避雷器接地,中压侧:不接地,低压侧：不接地；调压方式：自动／手动有载调压。

第二章变压器基本作用原理

N2 E2
第二章变压器基本作用原理
问题3：空载电流产生的磁通大小如何确定？结论2：外施电压大小决定感应电势大小，感
应电势大小决定了磁通量大小。提示：分析变压器问题要从外施电压开始！
第二章变压器基本作用原理
三．感应电势及磁通关系表达式、电压变比
根据上述结论2可知，感应电势E1外施电压U1存在平衡关系（几乎相等），这个平衡包括了幅值、频率及相角之间的近似。
无功电流的性质。
✓ 激磁电流是空载电流的主要组成部分。
你能否理解 m 和 I 同相位和含义？
第二章变压器基本作用原理
五．磁滞现象对励磁电流的影响
由于磁滞效应，磁化曲线的上升段和下降段不一致，使得励磁电流波形不对称，可分解为一个尖顶波和一个超前 90˚ 的
正弦波。该正弦分量称为磁滞电流分量，与 m同相位，是
第二章变压器基本作用原理
第三节变压器负载运行
第二章变压器基本作用原理
一．物理现象
I. 磁势平衡概念
楞次定律及交变磁场中线圈特性回顾为什么说付方线圈对磁路中磁通的表现为去磁
作用？回答（注意逻辑顺序） 1. 原边施加的电压是否改变？ 2. 和空载条件下相比，磁通是否改变？ 3. 如果原方电流不变，则电势平衡将不再成立。 4. 结论：磁势平衡的真谛在于，负载后原付方项
干式变压器铁心及线圈
第二章变压器基本作用原理
安装中的三相电力变压器
第二章变压器基本作用原理
变压器铭牌
第二章变压器基本作用原理
二、变压器的额定值
额定容量SN ：额定条件下使用时输出能力的保证值。
额定电压：空载时额定分接头上的电压保证值。额定电流：由额定容量和额定电压计算所得。
单相变压器：

第二章变压器电机学原理

E 10 jL 1 I 0 jI 0 X 1 作为I 0的电抗压降， 1 2fLσ1为漏磁电抗 X
C、原绕组回路的电压方程：
u1 e10 e 10 i 0 R1
U1 I 0 R 1 (-E 10 ) (-E10 ) I 0 (R1 jX 1 ) (-E10 ) -E10 U1 E10 4.44fN 0 m 1
23

i1
i2
e1
u1
e
N1
1
2
e2 u e 2
Z
N2
原边的电压方程：
u1 e1 e 1 i1R1
副边的电压方程：
设
m sin t d 2fN1 m sin(t 900 ) E1m sin(t 900 ) 则 e1 N1 dt d e2 N 2 2fN 2 m sin(t 900 ) E 2 m sin(t 900 ) dt 有效值 E1 4.44 fN1 m 有效值 E2 4.44 fN 2 m
U1 I1 (R1 jX 1 ) (-E1 ) -E1 4.44fN m 1
U1为外加电源，空载与负载均相同，所以 4.44fN 0m 4.44fN m 1 1

0m m 由于磁通近似相等，磁阻不变，所以空载与负载磁动势近似相等。 i 0 N 1 R m 0 i1 N1 i 2 N 2 R m
当原边电压和负载功率因数一定时, 副边电压随负载电流的变化关系曲线即U 2 f(I2 ), 称为为变压器的外特 . , 性
RS
I1
I2
RS ~ ES
~ E
S
R

第二章的_变压器答案详解

第二章变压器一、填空：1. 变压器空载运行时功率因数很低，其原因为。

答：激磁回路的无功损耗比有功损耗大很多，空载时主要由激磁回路消耗功率。

2. 变压器的副端是通过对原端进行作用的。

答：磁动势平衡和电磁感应作用。

3. 引起变压器电压变化率变化的原因是。

答：负载电流的变化。

4. 联接组号不同的变压器不能并联运行，是因为。

答：若连接，将在变压器之间构成的回路中引起极大的环流，把变压器烧毁。

5. 变压器副边的额定电压指。

答：原边为额定电压时副边的空载电压。

6. 通过和实验可求取变压器的参数。

答：空载和短路。

7. 变压器的结构参数包括，，，，。

答：激磁电阻，激磁电抗，绕组电阻，漏电抗，变比。

8. 在采用标幺制计算时，额定值的标幺值为。

答：1。

9. 既和原边绕组交链又和副边绕组交链的磁通为，仅和一侧绕组交链的磁通为。

答：主磁通，漏磁通。

10. 变压器的一次和二次绕组中有一部分是公共绕组的变压器是。

答：自耦变压器。

11. 并联运行的变压器应满足（1），（2），（3）的要求。

答：（1）各变压器的额定电压与电压比应相等；（2）各变压器的联结组号应相同；（3）各变压器的短路阻抗的标幺值要相等，阻抗角要相同。

12. 变压器运行时基本铜耗可视为，基本铁耗可视为。

答：可变损耗，不变损耗。

二、选择填空1. 一台三相电力变压器N S =560kVA ，N N U U 21 =10000/400(v), D,y 接法，负载时忽略励磁电流，低压边相电流为808.3A 时，则高压边的相电流为。

A ： 808.3A ， B: 56A ， C: 18.67A ， D: 32.33A 。

答：C2. 一台变比为k ＝１０的变压器，从低压侧作空载实验，求得副边的励磁阻抗标幺值为１６，那末原边的励磁阻抗标幺值是。

Ａ：１６, Ｂ：１６００, Ｃ：０.１６。

答：A3. 变压器的其它条件不变，外加电压增加１０℅，则原边漏抗1X ，副边漏抗2X 和励磁电抗m X 将。

第2章变压器

大连理工大学电气工程系
2.1 变压器的工作原理
1. 电压变换一次侧电路 E1 =－j4.44 N1f Φm
+ i1
U1 = －E1 + (R1 + jX1) I1 = －E1 + Z1I1
※ R1 ：一次绕组电阻。
u1
－
－ e1 ＋
i2 ＋＋ e2 ZL u2 －－
图形符号表示的电路图
X1 ：一次绕组漏电抗。 Z1 ：一次绕组漏阻抗。忽略 Z1 ，则 U1≈－E1
大连理工大学电气工程系
第 2 章变压器
2.3 变压器的运行分析
一、等效电路
将匝数为N2的实际二次绕组用匝数为N1的等效二次绕组来代替。代替时保持磁通势和功率不变。
二次绕组的折算公式：
1. 折算后的二次绕组电流磁通势不变： N1I2' = N2I2 N2 I2 I2' = N I2 = k 1
大连理工大学电气工程系
2.3 变压器的运行分析
2. 折算后的二次绕组电压和电动势输出视在功率不变： U2'I2' = U2 I2 I2 U2' = U2 = kU2 I2' 匝数相同： E2'= E1 = kE2
大连理工大学电气工程系
2.3 变压器的运行分析
3. 折算后的二次绕组漏阻抗和负载阻抗有功功率不变
大连理工大学电气工程系
2.2 变压器的基本结构
(2) 低压绕组额定线电流 SN I2NL = I2N = 3 U1N 500〓103 = A 26.24 A 3 1.732〓11〓10 因低压绕组为△形联结，额定相电流为 I2NL 26.24 = A 15.15 A I2NP = 3 1.732

变压器用第二章

A B C 0
特点：在这种铁心结构的变压器中，任
.
.
.
一瞬间某一相的磁通均以其他两相铁心为回路，因此各相磁路彼此相关联。
七变压器的并联运行
（一）、并联运行的定义：是指将两台或多台变压器的原方和副方分别接在公共母线上，同时向负载供电的运行方式，如图所示。
（二）、并联运行的优点： 1）可以提高供电的可靠性。 2）可以根据负荷的大小调整投入并联运行变压器的台数，以提高运行效率； 3）可以减少备用容量，并可随着用电量的增加，分期分批地安装新的变压器，以减少初投资。当然，并联变压器的台数也不宜太多，因为在总容量相同的情况下，一台大容量变压器要比几台小容量变压器造价低、基建设投资少、占地面积小。
这样，效率的公式可变为： 2 p0 p kN = *100% 1 2 S N cos 2 p0 p kN 以上的假定引起的误差不大（不超过0.5 ％），却给计算带来很大方便，电力变压器规定都用这种方法来计算效率。 3.效率特性：上式说明，当负载的功率因数cos φ 2一定时，效率随负载系数而变化。图为变压器的效率曲线。效率决定于铁耗、铜耗和负载大小。
四、变压器在铁路信号设备供电的应用

铁路信号用变压器，多采用低压小功率的干式自冷变压器。主要由信号、轨道、道岔表示、扼流、防雷等变压器。 BX型信号变压器用于色灯信号机的点灯电路，目前广泛采用的是BXl—34型。其绕组组成如图1 所示。 BG型轨道变压器用于轨道电路供电，目前广泛使用的是BfiI一50型。其绕组组成如图2所示，原边接220V电源，副边输出电压为0．45"-10．8V，通过改变副边端子连接可获所需电压。
变压器的外特性

电机学(第二章)变压器

漏磁感应电动势
一次绕组漏磁通在一次绕组中感应的漏磁电动势的瞬时值 d
e 1 N1
1
dt
E 1 j4.44fN1Φ 1m
有效值为 E 1＝4.44f N11m
电压方程式
根据基尔霍夫电压定律
U1 E1 E 1 I10 R1 A U E
空载运行时的电磁关系
U1 E1 E 1 I 0 R1
I 0 R1
U1 U2
I0
F0 N1I 0
1m
E 1 E1
m
E2
E1 k E2
U 2 E2
小结
既有电路的问题，也有磁路的问题，电与磁之间又有密切的联系。
心式变压器: 结构心柱被绕组所包围，如图2—1所示。特点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:
结构铁心包围绕组的顶面、底面和侧面，如图2—2所示。特点壳式变压器的机械强度较好，常用于低电压、大电流的变压器或小容量电讯变压器。
2.绕组定义变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线（铜或铝）绕成。一次绕组 : 输入电能的绕组。二次绕组: 输出电能的绕组。高压绕组的匝数多,导线细；低压绕组的匝数少，导线粗。从高,低压绕组的相对位置来看,变压器的绕组可分为同心式和交迭式。
U1 E1 j4.44fN1Φm
在频率f 和一次绕组匝数N1一定时，空载运行时主磁通m（励磁磁动势产生）的大小和波形取决于一次绕组电压的大小和波形。
变比
E1 N1 k E2 N 2
比值 k 称为变压器的变比，是一、二次绕组相电动势有效值之比，等于每相一、二次绕组匝数比。

第二章变压器的类型和基本结构..

16
变压器各部分的允许温升取决于绝缘材料、使用情况和自然环境。我国油浸式电力变压器绕组一般采用A级绝缘，最高允许温度为105℃，高于此温度时，绝缘将迅速老化变脆，机械强度减弱。国标规定：为保证变压器正常使用20～30年，油浸式电力变压器温升限值如表2-1所示。变压器设计额定使用最高温度为+40℃、最低气温-30℃ 、最高日平均气温 +30℃、最高年平均气温+20℃。
20
2.额定电压U1N和U2N 一次额定电压U1N是变压器正常运行时一次绕组线路端子间外施电压的有效值；二次额定电压U2N是当一次绕组外施额定电压，此时二次侧空载（开路）时的电压；三相变压器的额定电压指的是线电压。
3.额定电流I1N 和I2N 额定电流I1N和I2N是指变压器在额定运行条件下一次、二次侧绕组能够承担的电流，即根据额定容量和额定电压计算出来的电流有效值。三相变压器的额定电流为线电流。升压变压器：U1N<U2N，I1N>I2N，SN=UNIN；降压变压器：U1N>U2N，I1N<I2N，SN=UNIN。
（a）单相壳式变压器（b）三相壳式变压器图2－4 单相和三相壳式变压器
10
二、绕组
绕组是变压器的电路部分，常用包有绝缘材料的铜或铝导线绕制而成。为了使绕组便于制造，并且具有良好的机械性能，一般把绕组做成圆筒形。高压绕组匝数多，导线细，低压绕组匝数少，导线粗。按照高、低压绕组布置方式的不同，绕组可分为同心式和交叠式两种。心式变压器一般采用同心式结构，将高、低压绕组同心地套装在铁心柱上，低压绕组靠近铁心柱，高压绕组套装在低压绕组外面，高、低压绕组之间以及绕组与铁心之间要可靠绝缘。
1
变压器篇（第二～六章）

第2章变压器《电机学(第2版)》王秀和、孙雨萍(习题解答)

7. 两台电压比相同的三相变压器，一次侧额定电压也相同、联结组标号分别为 Yyn0 和 Yyn8，
如何使它们并联运行?
答：只要将 Yyn8 变压器的二次绕组标志 a、b、c 分别改为 c、a、b 即可，因为这时已改为
Yyn0 的变压器了。
8. 一台单相变压器的额定容量为 SN 3200kV A ，额定电压为 35 kV／10.5kV，一、二次绕组分别为星形、三角形联结，求：
磁电流 Im E / Zm 0 ，即忽略了励磁电流 I0 的情况下得到的。T 型等效电路适合一次绕组加交流额定电压时各种运行情况，而简化等效电路只适合变压器负载运行时计算一、二次电流
和二次电压的场合，例如计算电压调整率和并联运行时负载分配等。
5. 变压器做空载和短路试验时，从电源输入的有功功率主要消耗在什么地方？在一、二次侧
m 110 N1 1
m
220
1 2 N1
即主磁通没有变，因此励磁磁动势 F0 F0 也不变，
F0
I0
1 2
N1
，
F0 I0 N1
I
0
2I0
即励磁电流为原来的 2 倍。
|
Z
m
| U Aa
I
0
110 ， 2I0
|
Z
m
|
110
I0
1
| Zm | 220 2I0 4
即励磁阻抗为原来的 1 。 4Rk 7源自 C235 75 235 k
Rk
235 75 5.21 235 15
6.46()
| Zk 75 C |
R2 k 75 C
X
2 k
6.462 58.442 58.8()
R1

第二章变压器的运行原理

(3)空载电流的波形，如图所示:

φ
i0
？
t
t
t
321
1 2 3
t
i0
i0
Electric Machinery
结论:当磁通按正弦规律变化时，空载电流呈尖顶波形。
在工程上，通常为了分析、计算和测量的方便，在相量图和计算 t 式中常用等效的正弦电流代替实际的尖顶波空载电流，如图所示。
φ i0
I0 I021 I023 I025 t
空载运行空载运行状态:是变压器一次侧绕组接额定电压、额定频率
的交流电源，二次侧绕组开路时的运行状态。
一、变压器空载运行时的电磁物理现象

U1 I0

E1
U1

E1
U2

m
主磁通
空载运行时，空

N1

1
N2 漏磁通
I2 0 u1 载电流I0建立了空载

磁动势F0=I0N1，由该
E2 U20 磁动势产生的空载磁
Electric Machinery
思考题问题1：一台结构已定的变压器当外施电压已知，需要电源提供多大的励磁电流呢? 励磁电流包括哪些成分呢?
答：决定于变压器的铁芯材料及铁芯几何尺寸。因为铁芯材料是磁性物质，励磁电流的大小和波形将受磁路饱和、磁滞及涡流的影响。励磁电流包括：有功分量(供铁损)和无功分量(产生Φm)。
问题2:变压器空载运行时，是否从电网吸收电功率?此功属于什么性质?起什么作用?为什么小负荷用户使用大容量变压器对电网和用户均不利?
答：变压器空载运行时也需要从电网吸收电功率，以供给变压器本身功率损耗，它转化成热能消耗在周围介质中。小负荷用户使用大容量变压器时，在经济、技术两方面都不合理。对电网来说，由于变压器容量大，励磁电流较大，而负荷小，电流负载分量小，即有功分量小，使电网功率因数降低，输送有功功率能力下降；对用户来说投资增大，空载损耗也较大，变压器效率低。

第二章变压器运行规程

3.4 工频耐压试验。
3.5 测量变压器绕组的直流电阻。
3.6 检查所有分接头的变压比一致。
3.7 检查变压器接线组别和极性。
3.8 有载调压装置试验。
3.9 测量绕组连同套管一起的直流泄漏电流。
3.10 检查相位。
3.11 空载实验。
3.11.1 上述检查和Biblioteka 验项目符合要求时,方可重复下列试验。
7 低压厂变的中性线电流不得超过变压器的低压侧额定电流的25％。
8 变压器可以在正常过负荷和事故过负荷的情况下运行。正常过负荷可以经常使用，事故过负荷只允许在事故情况下（如：运行中的若干台变压器中有一台损坏，而又无备用时，则其余变压器允许按事故过负荷运行使用。变压器存在较大的缺陷（如：冷却系统不正常严重漏油色谱分析异常等）时不准过负荷运行。
短路阻抗（%）最大7.92%
额定7.55%
最小7.58% 额定频率（Hz） 50 绝缘耐热等级 A
效率（%） 98% 噪音水平（dB）＜60dB 冷却器
总重（T） 12050 油重（T） 2800 联结组标号 Y,d11
负载损耗(KW) 36.120 空载损耗
(KW) 5.500 空载电流
短路阻抗（%） 10.33% 额定频率（Hz） 50 绝缘耐热等级 A
联结组标号 Yn d11 负载损耗（KW） 168.7 空载损耗（KW）
24.7
噪音水平（dB）
62
冷却器
PC 每个冷却器风扇数量
6/4
冷却器数量（其中备用组数）
6 每个风扇电机容量（kW）、电压（kV） 0.37 0.38
4.2 变压器上层油温已超过55℃。

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二、110kV主变压器
（一）、变压器基础知识
1、什么是变压器
变压器是电力系统和供电系统不可缺少的重要电气设备。变压器是利用电磁感应原理对一次、二次侧绕组电压进行变换，根据不同情况变换成不同等级的电压，以满足输电、供电和用电要求的电气设备。它可以将某一数值的交流电压转变成频率相同的另一种或几种不同数值交流电压，并传递交流电能，可以升压也可以降压。同时变压器在改变电压的同时，也改变了线路中的电流，所以从这个意义上讲，变压器也是变流器。
4.3 绕组：绕组采用同心式结构。低压绕组靠近铁心,高压绕组在低压绕组的外面，由绝缘扁（或圆）钢线或绝缘铝线绕制而成。绕制时，在线圈的某些层间、低压绕组与铁心之间、高低压绕组之间，用绝缘撑条垫入，构成油道，同时实现绕组间、绕组与铁心间的绝缘。
4.4 油箱：中、小型电力变压器的油箱，一般采用箱式油箱。其作用是容纳变压器油，使器身在运行时浸泡在油中，满足绝缘和散热的需要。
额定容量（kVA） ห้องสมุดไป่ตู้计序号（1.2.3……；半铜半铝加b）调压方式（无励磁调压不标，Z-有载调压）
导线材质（铜线不标，L-铝线）
绕组数（双绕组不标，S-三绕组，F-双分裂绕组）循环方式（自然循环不标，P-强迫循环）冷却方式(J-油浸自冷,亦可不标；G干式空气自冷；C干式浇注绝缘；F-油浸风冷；S-油浸水冷。) 相数（D-单相，S-三相）绕组耦合方式（一般不标，0-自耦）举例说明: SFZ9-50000/110 110kV三相双绕组油浸风冷式有载调压电力变压器
2、变压器的基本功能
变压器的基本功能有三个：变电压、变电流、阻抗变换
3、变压器的分类
3.1 变压器总的分类按用途分可分为两大类：电力变压器和特种变压器。电力变压器是指在电力系统进行输配电用的电气设备，有单相和三相之分，容量从几千伏安到数十万伏安；特种变压器是指除电力系统应用的变压器以外，其他各种变压器统称为特种变压器。常用的可调压的自耦变压器、测量用的电压互感器、电流互感器；焊接用的电焊变压器等。尽管种类不同，大小形状也不同，但是它们的结构和工作原理是相似的。
额定电流（A）
高压低压
50Hz 11.55 288.7
相数
分接位置
1
三相
分接电压 10500
使用条件户外式冷却方式 ONAN 联结组标号 Dyn 11 2
器身重（Kg）
559
油重
189
总重
925
3
10000 9500
电力变压器型号含义:
防护等级（一般不标,TH-湿热,TA-干热）高压绕组额定电压等级（kV）
瓦斯继电器
10kV 套管
带型铜母线
中性点套管
铭牌
110kV 套管套管式电流互感器
散热片
带型铝母线
有载调压开关
有载调压开关操动
机构
放电间隙
软母线
中性点隔离开关
散热片散热风扇
GIS出线套管支持式绝缘子
油枕
中性点隔离开关带型铝母线
放电间隙棒
中性点套管
支持式绝缘子隔离开关操动机构
2、主变安装流程图
套管检查试验升高座检查试验
附件清点检查升高座及套管安装
施工准备现场验收及保管
变压器油处理本体就位
附件检查试验
变压器注油其他附件安装中性点放电间隙安装电气交接试验
扫尾与竣工
油枕检查
冷却装置检查
就位清洗检查
冷却装置及储油柜安装
4.2 铁心：铁心是变压器的磁路部分，分为铁心柱和铁轭两部分。铁心柱用于套装绕组，铁轭的作用是使磁路闭合。为了提高铁心的导磁性能，减小铁心磁滞损耗，铁心通常采用含硅量2.5%-5%的硅钢材料。为了减小磁阻，增大电阻，减小涡流损耗，将硅钢制成厚度为0.35-0.5mm，两面涂有绝缘漆或经氧化处理的硅钢片，再叠装成铁心。
4.8 分接开关：为了使变压器的输出电压控制在允许变化的范围内，而在变压器的一次绕组侧装接的开关。它可与一次绕组的不同分接头连接，从而改变一次绕组的匝数，达到调节输出电压的目的。分无励磁(以前称无载)和有载调压.
有载调压：变压器出线侧电压的波动来自两个方面，一是进线电源的电压波动，二是负载变化使压降变化。若电网中没有调压措施，则线路末端电压波动可达20％以上。负载的变化直接影响变压器出线端侧的电压。负载小，变压器出线端的电压偏高（变压器容量不变的情况下）；负载大，变压器出线端电压偏低。当电压太低时，变压器便不能正常工作，严重者造成停电事故。有载调压的目的就是当负荷波动时，在一定范围内进行调压，以维持电压平衡，保证供电质量。
3.2.4 按冷却方式划分：可分为油冷和空气冷。
3.2.5 按相数划分：可分为单相和三相。 3.2.6 按电压变换划分：可分为升压和降压。
在电力工程中，应用最多、最普遍的是三相电力变压器。由于输电线路输送的视在功率S= 3 U线I线定值的情况下，如果输电电压U线越高，则线路电流I线越小，这样一方面既可减少输电线路的能量损失，又可减少输电线的截面，从而大大节省了有色金属，因此，远距离输电时采用高电压最为经济。
4、三相电力变压器
三相变压器是输配电系统中改变三相交流电压，以实现电能传递或电能分配的设备。它的磁路系统可分为两大类，一是由三台单相变压器连接而成，组成的三相变压器组，称为三相组式变压器；二是将三相绕组分别绕在同一个铁心柱上，通过铁轭形成一个三相磁路，构成三相一体的心式变压器，称为三相心式变压器。三相变压器组一般用于大容量的变压器，后者用于高压侧在10kV以下，容量在 6300kVA以下的中、小型电力变压器，在电力系统中通常当作配电变压器使用。
（二）、变电站主变压器安装
（XX站：SFZ9-50000/110 110kV三相双绕组油浸风冷式有载调压电力变压器）
1、主变压器结构
（1）变压器本体（1台）；（2）变压器油枕（1台）；（3）110kV侧高压套管附套管式CT（3只）；（4）10kV侧低压套管附套管式CT（3只）；（5）中性点套管附套管式CT （1台）；（6）瓦斯继电器（1只）；（7）测温元件（1只）；（8）散热器（2套）；（9）有载调压开关（1套）；（10）压力释放装置（1套）；（11）信号温度表（2只）；（12）变压器与油枕间的所有管道、法兰、螺栓；（13）变压器本体联接电缆；（15）本体端子箱（1台）；（14）110％变压器绝缘油；（16）放电间隙（1套）；
三相变压器基本结构及各部作用:
4.1 设备铭牌：理解三相电力变压器铭牌中各量的含义，是正确使用变压器的前提。（以XX10kV配变为例部分内容）
产品标准
GB1094.3;5-2003
产品型号
S11-M-200/10
额定容量（kVA)
额定电压（V）
高压低压
200kVA
额定频率
10000 400
4.9 绝缘套管：由瓷套和导电杆组成。其作用是使高、低压绕组的引出线与变压器的箱体绝缘。
4.10 测温装置：测量装置用于监视变压器运行时变压器油的温度。中小型变压器一般采用水银温度计，大型变压器通常采用压力式温度计。当油温达到指定值时，发出信号或起动冷却系统工作。
4.11 变压器油：变压器油主要有绝缘、散热和消弧作用。要求油的介质强度高，粘度低，发火点高，凝固点低，不含酸、碱、硫、灰尘和水分等杂质。
4.5 油枕：亦称为储油柜。其作用是根据油温的变化，适应变压器油的热胀冷缩，还能使变压器油与空气的接触面减小，防止潮气进入。
4.6 安全气道：亦称为防爆管，在油箱顶部。其作用是变压器发生严重故障，使油箱内产生大量气体时，将防爆膜冲破，减小油箱内的压力，避免油箱爆裂。
4.7 气体继电器：装在变压器油箱和油枕之间的连接管上。其作用是当变压器发生局部击穿短路时，变压器的绝缘物和变压器油受到破坏而产生气体，气体聚集在继电器上部，当气体压力足够大时，继电器就会报警，直接接通继电保护装置，切断电源。
3.2 变压器也可以按如下类别进行分类：
3.2.1 按用途划分：根据用途不同可分为输配电用的电力变压器；冶炼用的电炉变压器；电解为的整流变压器；焊接用的电焊变压器；试验用的试验变压器；测量用的仪用互感器等。
3.2.2 按铁芯结构形式划分：根据铁芯结构形式的不同，可分为芯式和壳式两种。
3.2.3 按原、副绕组数量划分：可分为两绕组、三绕组和多绕组变压器（二圈、三圈、多圈）。
（1）绝缘作用变压器油具有比空气高得多地绝缘强度。绝缘材料浸在油中，不仅可提高绝缘强度，而且还可免受潮气地侵蚀。（2）散热作用变压器油地比热大，常用作冷却剂。变压器运行时产生地热量使靠近铁芯和绕组地油受热膨胀上升，通过油地上下对流，热量通过散热器散出，保证变压器正常运行。（3）消弧作用在油断路器和变压器地有载调压开关上，触头切换时会产生电弧。由于变压器油导热性能好，且在电弧地高温作用下能分触了大量气体，产生较大压力，从而提高了介质地灭弧性能，使电弧很快熄灭。。

第二章主变压器

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