变压器及其安装与维护技术

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1、第二篇电气工程安装与维护篇·222·第六章变压器及其安装与维护技术第一节电力变压器原理与参数一、原理（一）电力变压器用途和分类电力变压器按用途可分为升压、降压（配电）和联络变压器（见图!"#）；还可以按相数分为单相和三相变压器；按绕组数分为双绕组、三绕组和自耦变压器；按绝缘介质分可分为油浸式变压器、干式变压器，$%!气体绝缘变压器等。图!"#电力变压器用途举例（二）电力变压器工作原理变压器是用来变换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。以单相变压器为例，其工作原理见图!"&。当匝数为!#的一次绕

2、组’(接到频率为)、电压为"#的交流电源上时，由励磁电流#*在铁心中产生磁通!+，从而在一、二次绕组中感应出电动势$#和$&，匝数为,&的二次绕组-.端产生电压"&。当二次绕组接有负载%时，一、二次绕组中流通电流##和#&。图!"&变压器工作原理图为了分析它的基本原理，可首先按理想变压器来处理，即忽略励磁磁动势、绕组的电阻和电抗影响，由电压方程式"#/$#/0&00’!#!+1和"&/$&/0&00’!&!+1，得电压变换关系为·,,-·新编电气工程师手册!!"!"##!"#"#$!"$"#%%称为电

3、压比，由磁势平衡关系式&!$!#&"$"，故有&!"&"#$""$!#!"%，从而得变压器传输电能的容量为’!#!!&!#!"&"#’"可是，实际变压器需要励磁磁动势，(&$$!#(&!$!%(&"$"，则电流变换关系为(&#(&&!(&!$%"如果考虑一、二次绕组的电阻)!、)"和电抗*!、*"产生的压降，根据基尔霍夫第二定律，其电压方程式为!(!#%#(!&(&!)!&(+(&!*!（三）变压器相量图变压器的电压和电流的关系，用相量图来表示则比较直观。它是将二次电路参数用电压比%折合到一次后（或者

4、反之）绘制的，其绘制顺序如下：选一水平正向相量为主磁通!,；画出超前!,为"$角的空载电流(&$；画出滞后!,为’$-的一、二次绕组的电动势#(!、#("；根据负载性质即由()*#"画出二次电流&."，再以&."与(&$合成为一次电流(&!。则—#(!加（(&)!&(+(&!*!）得!(!，#("减（(&."&(+(&."）得!(."，见图+%,。（四）变压器等效电路变压器的电压和电流的关系如通过等效交换，可将一、二次电路化为一个电路来描绘，以便于计算。图+%-所示的等效电路是由折合了参数的二次电路（

5、包括负载阻抗）与励磁电路并联后再与一次电路串联的电路。（五）三绕组变压器每相有三个绕组，见图+%.。三绕组变压器的一次绕组的容量必大于或等于二、三次绕组的容量。三个绕组的容量百分比按高压、中压和低压顺序有!$$/!$$/!$$、!$$/!$$/.$和!$$/.$/!$$三种，此时，二、三次侧不能均满载运行。一般三次绕组电压较低，多用于近区供电或接补偿设备。三绕组变压器有三个电压比和三个阻抗值。（六）自耦变压器至少有两个绕组并具有公共部分的变压器称为自耦变压器。降压自耦变压器的示意图和结线图见图+%+。

6、理想情况下电压比和电流比与双绕组变压器一样，传输容量（通过容量）也一样，即’!#!!&!#!"&!#’"。但是由结线图可知，公共绕组中电流为&#&"%&!#&"%&""%#&（"!%!"%）图+%,双绕组变压器相量图第二篇电气工程安装与维护篇·..$·图!"#双绕组变压器的等效电路图!"$三绕组变压器示意图图!"!双绕组降压自耦变压器%）示意图&）结线图而串联绕组电压为!’!("!)’!("!("#’!（(("("#）所以串联绕组的容量为$%&’’!((’!((（(("("#）公共绕组的容量为$%&’

7、’!)(’!)(（)("("#）’$)%&因此绕组容量，即变压器结构容量小于通过容量，它们的比值（("("#）就是效益系数，即$)&%$%&’(’’（("）*($($)#电压比#越小（，("("#）也越小，自耦变压器损耗越小，重量也就越轻，越经济。自耦变压器目前在超高压电网中应用很多。二、特性与参数（一）变压器空载电流和空载损耗当变压器二次绕组开路，一次绕组施加额定频率的额定电压时，其中所流通的电流称为空载电流(+，(+’!()+%,()+*。通常(+以额定电流的百分数表示，即(++’（(+"((,）

8、-(+++’+-.+/)+，变压器容量越大，其值越小。·))"·新编电气工程师手册空载电流的无功分量!!"的波形是含有奇次谐波的非正弦波形，各次谐波的大小通常如表"#$所示。表"#$励磁电流谐波分量（基波%）!!!谐波分量冷轧电工钢片谐波分量冷轧电工钢片!!!基波$!!&次谐波’($!!!!)次谐波*!(’!+次谐波)("!!!’次谐波$!(,’$$次谐波$()空载电流的有功分量!!#是相当于空载损耗$!的分量。忽略一次绕组电阻损耗的空载损耗又称为铁耗。