第2章 变压器(课件）-《电机与电气控制技术》同步教学（国防科技大学出版社）

第2章 变压器 教学重点 变压器工作原理以及空载运行时的特性。 教学难点 变压器电路的等效方法、等效原则及等效电路的基本方程式。 第2章 变压器 2.1 变压器概述 2.1.1 变压器的基本工作原理 变压器的基本原理是基于电磁感应定律。 如图2-1所示为变压器工作原理示意图 。 图2-1 变压器工作原理示意图 第2章 变压器 2.1.2 变压器的基本结构 下面以油浸式电力变压器为例，来说明变压器的基本结构，其结构示意图如图2-2所示。 第2章 变压器 图2-2 油浸式电力变压器的结构示意图 1－安全气道；2－气体继电器；3－高压套管；4－低压套管； 5－分接开关；6－油箱；7－放油阀门；8－器身；9－接地板； 10－铭牌；11－温度计；12－吸湿器；13－油表；14－储油柜 第2章 变压器 2.1.3 变压器的分类和额定参数 变压器的分类 变压器按用途可以分为电力变压器和特种变压器两大类。 变压器按绕组构成可分为双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器。 第2章 变压器 变压器按铁芯结构可分为壳式变压器和芯式变压器。 变压器按相数可分为单相变压器、三相变压器和多相变压器。 变压器按冷却介质和冷却方式可分为干式变压器、油浸式变压器（油浸自冷式、油浸风冷式和强迫油循环式等）和充气式变压器 第2章 变压器 变压器的额定参数 变压器的额定参数是制造厂商对变压器正常使用所做的规定，通常都标注在变压器的铭牌上。 额定电流IN 额定电压UN 额定容量SN 额定频率fN 额定温升 第2章 变压器 2.2 单相变压器的空载运行 变压器的空载运行是指变压器的一次绕组接在额定电压的交流电源上，而二次绕组开路的运行方式。 2.2.1 空载运行时的电磁关系 参考方向的规定 变压器中的电压、电流、磁通及电动势的大小和方向都是时间的变化量，为了能正确表明各量之间的关系，需要规定它们的正方向。 第2章 变压器 空载运行时的物理情况 如图2-5所示为单相变压器空载运行示意图。 图2-5 变压器空载运行示意图 第2章 变压器 感应电动势和空载电流 主磁通感应电动势 漏磁通感应的电动势 空载电流 变压器空载运行时的空载电流主要有两个作用，一是建立空载时的磁场，另一个是补偿空载时的损耗。 第2章 变压器 2.2.2 空载时的平衡方程、等效电路和相量图 电动势平衡方程 等效电路和相量图 变压器空载等效电路图如图2-6所示。 变压器空载时的相量图如图2-7所示。 第2章 变压器 图2-7 变压器空载时的相量图 图2-6 变压器空载等效电路图 第2章 变压器 2.3 单相变压器的负载运行 变压器的负载运行是指变压器的一次绕组接额定交流电压，而二次绕组接负载阻抗的运行方式。 2.3.1 负载运行时的电磁关系 如图2-8所示为单相变压器负载运行示意图。 第2章 变压器 图2-8 变压器负载运行示意图 第2章 变压器 2.3.2 负载运行时的基本方程式 磁动势平衡方程 变压器负载运行时通过磁动势平衡，使一、二次绕组的电流紧密地联系在一起，一次绕组的电流随二次绕组电流的变化而变化，从而实现了电能从一次绕组到二次绕组的传递。 第2章 变压器 电动势平衡方程 变压器负载时的基本方程组为 第2章 变压器 2.3.3 变压器的绕组折算、等效电路及相量图 绕组折算 绕组折算就是将变压器的一次、二次绕组折算成同样匝数，但不改变其电磁效应的计算过程。通常，用一个假想的绕组来代替其中一个绕组，使之成为电压比ＫU=１的变压器，假想绕组的磁动势与被替换绕组的磁动势相等。 第2章 变压器 图2-9 变压器的等效电路 等效电路 T形等效电路 经过对二次绕组进行折算，可得到变压器负载运行时的等效电路，如图2-9所示。 其中变压器一、二次绕组之间电磁耦合的作用，反映在由主磁通在绕组中产生的感应电动势 第2章 变压器 近似等效电路 近似等效电路如图2-10所示 。 图2-10 变压器的近似等效电路 第2章 变压器 等效电路的简化 Γ形等效电路虽然正确反映了变压器内部的电磁关系，但它属于混联电路，进行复数运算比较麻烦。由于I1>>I0，因此完全可以把I0略去不计，更进一步简化等效电路图，从而得到一个更简单的阻抗串联的简化等效电路，如图2-11所示。 第2章 变压器 图2-11 变压器的简化等效电路 第2章 变压器 相量图 根据变压器的T形等效电路可以得到其对应的相量图。如图2-12 所示为感性负载时的相量图。 图2-12 感性负载时的相量图 第2章 变压器 2.3.4 变压器的效率及损耗