5.2 5.2 变压器变压器5.2.1 5.2.1 变压器的工作原理变压器的工作原理变压器的工作原理变压器的工作原理5.2.2 5.2.2 变压器的外特性变压器的外特性变压器的外特性变压器的外特性5.2.3 5.2.3 变压器的损耗与效率变压器的损耗与效率变压器的损耗与效率变压器的损耗与效率5.2.4 5.2.4 三相变压器三相变压器三相变压器三相变压器5.2.5 5.2.5 特殊变压器特殊变压器特殊变压器特殊变压器返回第五章1 5.2.15.2.1 变压器的工作原理变压器的工作原理(1)(1)返回5.2 变压器是一种常用的电气设备，在变压器是一种常用的电气设备，在电力系统和电子线路电力系统和电子线路中应用广泛。中应用广泛。此外还有自耦变压器、互感器及各种专用变压器（此外还有自耦变压器、互感器及各种专用变压器（电焊、电炉及整流电焊、电炉及整流）。）。变压器一般结构如图1图图图图2 2 2 2为变压器原理图为变压器原理图为变压器原理图为变压器原理图工作过程如左图电生磁磁生电磁生电电生磁磁生电电生磁电生磁省铁式省铜式大中型电力变压器2 电压变换电压变换变压器的工作原理变压器的工作原理(2)(2) 电压变换电压变换式中，式中，式中，式中，K K K K称为变压器的变比，即一、二次绕组称为变压器的变比，即一、二次绕组称为变压器的变比，即一、二次绕组称为变压器的变比，即一、二次绕组的匝数比。的匝数比。的匝数比。的匝数比。返回5.2 初级线圈 次级线圈3变压器的工作原理变压器的工作原理(3)(3) 电流变换电流变换返回5.24变压器的工作原理变压器的工作原理(2)(2) 匝数比不同匝数比不同匝数比不同匝数比不同, , , ,Z Z Z Z的等效阻抗模的等效阻抗模的等效阻抗模的等效阻抗模Z Z Z Z也也也也不同。可以采用不同的匝数比把负载不同。可以采用不同的匝数比把负载不同。可以采用不同的匝数比把负载不同。可以采用不同的匝数比把负载阻抗模变为所需要的、合适的数值。这阻抗模变为所需要的、合适的数值。这阻抗模变为所需要的、合适的数值。这阻抗模变为所需要的、合适的数值。这种方法通常称为种方法通常称为种方法通常称为种方法通常称为阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配。返回5.2 阻抗变换阻抗变换由图知由图知 U U1 1/ /I I1 1= = Z Z ，U U2 2/ /I I2 2= = Z Z，代入得代入得图（图（a a）中，负载阻抗模）中，负载阻抗模ZZ所在线框部分所在线框部分可用一可用一 阻抗模阻抗模ZZ代替。所谓代替。所谓等效等效，就，就是输入电路的电压、电是输入电路的电压、电 流和功率不变。流和功率不变。根据式（根据式（5.2.65.2.6）、）、（5.2.95.2.9）可得）可得5 5.2.2 5.2.2 变压器的外特性变压器的外特性返回5.2通常希望通常希望通常希望通常希望U U U U2 2 2 2的变动愈小愈好。从的变动愈小愈好。从的变动愈小愈好。从的变动愈小愈好。从空载到额定负载，二次绕组电压空载到额定负载，二次绕组电压空载到额定负载，二次绕组电压空载到额定负载，二次绕组电压的变化程度用的变化程度用的变化程度用的变化程度用电压变化率电压变化率电压变化率电压变化率U U U U 表表表表示，即示，即示，即示，即当负载功率因数 和电源电压U U 1 1为常数时，U U2 2和I I2 2 的变化关系外特性曲线外特性曲线在一般变压器中，由于其电阻和漏磁在一般变压器中，由于其电阻和漏磁在一般变压器中，由于其电阻和漏磁在一般变压器中，由于其电阻和漏磁通感抗均甚小，电压变化率是不大的，通感抗均甚小，电压变化率是不大的，通感抗均甚小，电压变化率是不大的，通感抗均甚小，电压变化率是不大的，约为约为约为约为5%5%5%5%左右。左右。左右。左右。6 5.2.35.2.3 变压器的损耗与效率变压器的损耗与效率返回5.2v 损耗损耗 (1)铁损铁损PFe (2)铜损铜损 PCu= 2PKv 效率效率 变压器的效率常用下式表示变压器的效率常用下式表示变压器的功率损耗很小，所以效率很高，通常在变压器的功率损耗很小，所以效率很高，通常在95%95%以上。以上。在一般电力变压器中，当负载为额定值的在一般电力变压器中，当负载为额定值的50%-75%50%-75%时，效时，效率达到率达到最大值最大值。【例题例题】额定容量额定容量: 二次绕组的额定电压、电流的乘积二次绕组的额定电压、电流的乘积称为变压器的额定容量称为变压器的额定容量,即即 S SN N= =U U2N2N I I2N2N= =U U1N1N I I1N1N（单相）单相）7变压器能流图变压器能流图变压器能流图变压器能流图1. 1.变压器损耗变压器损耗变压器损耗变压器损耗 P P包含铁耗包含铁耗包含铁耗包含铁耗 P PFeFe铜耗铜耗铜耗铜耗 P PCuCu两大类两大类两大类两大类。 P PFeFe P PCu1Cu1 P PCu2Cu2P P1 1P P2 2P PMM铜耗铜耗铜耗铜耗 P PCuCu是指变压器电是指变压器电是指变压器电是指变压器电流流流流I I1 1 、I I2 2分别流过原、副绕分别流过原、副绕分别流过原、副绕分别流过原、副绕组电阻组电阻组电阻组电阻r r1 1 、r r2 2所产生的损耗所产生的损耗所产生的损耗所产生的损耗。 P PCuCu = = I I1 12 2 r r1 1 + + I I2 22 2 r r2 2 = = P PCu1Cu1 + + P PCu2Cu2 当频率当频率f1、硅钢片厚度、硅钢片厚度d和和材料不变（材料不变（rw=常数）时铁耗常数）时铁耗PFeBm2或或PFeU12 。当电源电压当电源电压1一定时一定时, ,铁耗铁耗基本为恒定值，故称不变损耗，基本为恒定值，故称不变损耗，它与负载电流大小无关。它与负载电流大小无关。额定电压下，所测得的空载损额定电压下，所测得的空载损耗耗P P，近似等于铁耗，近似等于铁耗P PFe ，即，即P PFe P P。铁耗铁耗铁耗铁耗 P PFeFe是指变压器铁心中产生的是指变压器铁心中产生的是指变压器铁心中产生的是指变压器铁心中产生的磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗 P Ph h和涡流损耗和涡流损耗和涡流损耗和涡流损耗 P Pe e之和之和之和之和 P PFeFe = = P Ph h + + P Pe e其中其中其中其中 P Ph hfBfBmm2 2 P Pe e f f2 2B Bmm2 22 2 /r /rWW1 1.变压器损耗变压器损耗8变压器效率变压器效率变压器效率变压器效率 : :中小型中小型中小型中小型在在在在95%95%以上，大型以上，大型以上，大型以上，大型可达可达可达可达99%99%以上以上以上以上。2. 2.变压器效率变压器效率变压器效率变压器效率 = =P P2 2 / P / P1 1100%100%变压器电压变化率变压器电压变化率变压器电压变化率变压器电压变化率 U U很小，很小，很小，很小， U%=4%6%U%=4%6%认为认为认为认为U U2 2=U=U2N2N ， I I2 2= = I I2N 2N 有有有有P P2 2= = U U2 2I I2 2cos cos 2 2 = = U2N2NI I2N2Ncoscos 2 2= = S2Ncos 2 22.2.变压器效率变压器效率9由于变压器长期接在电网上，由于变压器长期接在电网上，由于变压器长期接在电网上，由于变压器长期接在电网上，铁耗总是存在的，而铜损耗铁耗总是存在的，而铜损耗铁耗总是存在的，而铜损耗铁耗总是存在的，而铜损耗却是随负载满载运行，因此却是随负载满载运行，因此却是随负载满载运行，因此却是随负载满载运行，因此设计时铁耗应相对小一些，设计时铁耗应相对小一些，设计时铁耗应相对小一些，设计时铁耗应相对小一些，一般一般一般一般 为为为为0.50.60.50.6之间。之间。之间。之间。当变压器电源电压和功率因数一定当变压器电源电压和功率因数一定当变压器电源电压和功率因数一定当变压器电源电压和功率因数一定时时时时, ,效率效率效率效率 随负载电流随负载电流随负载电流随负载电流I I2 2( (或负荷系数或负荷系数或负荷系数或负荷系数) )的变化规律即的变化规律即的变化规律即的变化规律即 =f(=f( ) )称为称为称为称为效率特性效率特性效率特性效率特性当负载较小时，效率当负载较小时，效率当负载较小时，效率当负载较小时，效率 随负载电流增加而迅速随负载电流增加而迅速随负载电流增加而迅速随负载电流增加而迅速增加；增加；增加；增加；当负载电流超过一定值后，负载电流当负载电流超过一定值后，负载电流当负载电流超过一定值后，负载电流当负载电流超过一定值后，负载电流增加，效率不但不增加，反而减小，其间出增加，效率不但不增加，反而减小，其间出增加，效率不但不增加，反而减小，其间出增加，效率不但不增加，反而减小，其间出现了一个最高效率现了一个最高效率现了一个最高效率现了一个最高效率 m通过数学分析通过数学分析通过数学分析通过数学分析, ,当可变损耗等当可变损耗等当可变损耗等当可变损耗等于不变损耗时出现最高效率。于不变损耗时出现最高效率。于不变损耗时出现最高效率。于不变损耗时出现最高效率。变比变比变比变比KK和激磁参数和激磁参数和激磁参数和激磁参数Z Zmm、r rmm、X Xmm短路短路短路短路参数参数参数参数Z Zk k、r rk k、X Xk k当变压器接额定负载且当变压器接额定负载且当变压器接额定负载且当变压器接额定负载且coscos 2 2=0.8(=0.8(感性感性感性感性) )时的电压变化率时的电压变化率时的电压变化率时的电压变化率 U%U% maxmax0 01 1其他因素其他因素其他因素其他因素变压器效率特性曲线变压器效率特性曲线变压器效率特性曲线变压器效率特性曲线3.3.变压器效率特性变压器效率特性10 5.2.45.2.4 三相变压器三相变压器返回5.2三相组式变压器 三相变压器应用最广泛。其在对称下运行时三相变压器应用最广泛。其在对称下运行时, ,各相电流各相电流( (电压电压) )相相等等, ,相位相差相位相差120120 , ,对任何对任何1 1相来说相来说, ,单相变压器的基本理论都适用。单相变压器的基本理论都适用。 三相变压器联结法举例三相变压器联结法举例三相芯式变压器 (1)(1)(1)(1)三相铁心互不独立；三相铁心互不独立；三相铁心互不独立；三相铁心互不独立； (2)(2)(2)(2)三相磁路互相关联；三相磁路互相关联；三相磁路互相关联；三相磁路互相关联；(3)(3)(3)(3)中间相磁路短中间相磁路短中间相磁路短中间相磁路短, , , ,磁阻小磁阻小磁阻小磁阻小, , , ,励磁电流不励磁电流不励磁电流不励磁电流不平衡平衡平衡平衡, , , ,但对实际运行的变压器影响极小。但对实际运行的变压器影响极小。但对实际运行的变压器影响极小。但对实际运行的变压器影响极小。在相同的在相同的S SN N下，芯式变压器经济，效率高，省材料。下，芯式变压器经济，效率高，省材料。 (1)(1)(1)(1) 3 3 3 3个铁心独立；个铁心独立；个铁心独立；个铁心独立； (2)(2)(2)(2)三相磁路互不关联；三相磁路互不关联；三相磁路互不关联；三相磁路互不关联； (3)(3)(3)(3)三相电压对称时，三三相电压对称时，三三相电压对称时，三三相电压对称时，三相励磁电流和磁通也对称。相励磁电流和磁通也对称。相励磁电流和磁通也对称。相励磁电流和磁通也对称。特特点点特点特点比较比较11例题例题变压器的损耗与功率变压器的损耗与功率【例】有一带电阻负载的三相变压器，其额定数据如下： SN=100kV A,U1N=6000V,U2N=U20=400V, f=50HZ。绕组为Y/Y0联结。由 试验测得： PFe=600W，额定负载时的Pcu=2400W。试求： （1）变压器的额定电流； （2）满载和半载时的效率。【解】(1)(1)额定电流额定电流 (2)(2)满载和半载时的效率分别为满载和半载时的效率分别为返回12三相变压器联结法举例三相变压器联结法举例图为图为三相变压器的两种联结法。三相变压器的两种联结法。U U1 1 、 V V1 1 、 W W1 1 ：高压绕组的始端U U2 2 、 V V2 2 、 W W2 2 ：高压绕组的末端u u1 1 、 v v1 1 、 w w1 1 ：低压绕组的始端u u2 2 、 v v2 2 、 w w2 2 ：低压绕组的末端返回Y/Y0 Y/Y0 联结的三相变压器联结的三相变压器供动力负载和照明负载共用，低压一般是400V400V，高压不超过35kV35kVY/ Y/ 联结的三相变压器联结的三相变压器 低压一般是10kV10kV，高压不超过60kV60kV高压侧接成高压侧接成Y 形形,相电压只有线电压的相电压只有线电压的 ,可以降低每相绕组的可以降低每相绕组的绝缘要求绝缘要求低压侧接成低压侧接成形形,相电流只有线电流的相电流只有线电流的 ,可以降低每相绕组的可以降低每相绕组的导线截面导线截面13 变压器铭牌变变压器铭牌变变压器铭牌变变压器铭牌变比比比比 变压器额定容量变压器额定容量变压器额定容量变压器额定容量( ( ( (视在功率，单位视在功率，单位视在功率，单位视在功率，单位V V A)A) 变压器额定电压变压器额定电压变压器额定电压变压器额定电压（三相指线电压）（三相指线电压）（三相指线电压）（三相指线电压） 变压器电压变压器电压变压器电压变压器电压变化率变化率变化率变化率 变压器阻抗匹变压器阻抗匹变压器阻抗匹变压器阻抗匹配配配配 三相变压器联三相变压器联三相变压器联三相变压器联结结结结 变压器损耗与效率变压器损耗与效率变压器损耗与效率变压器损耗与效率变压器参数总结变压器参数总结14