第二章變壓器基本作用原理

1、第二章變壓器基本作用原理 第二章變壓器基本作用原理 n電力變壓器的基本結構電力變壓器的基本結構 q鐵芯：鐵芯：0.35mm硅鋼片疊壓而成硅鋼片疊壓而成 n鐵芯柱：用于套線圈的部分鐵芯柱：用于套線圈的部分 n鐵軛：用于閉合磁路的部分鐵軛：用于閉合磁路的部分 n裝配方式：交疊裝配裝配方式：交疊裝配 第二章變壓器基本作用原理 第二章變壓器基本作用原理 第二章變壓器基本作用原理 安裝中的三相電力變壓器 第二章變壓器基本作用原理 第二章變壓器基本作用原理 N N N N N N U S I U S I 2 2 1 1 ， 單相變壓器：單相變壓器： 三相變壓器：三相變壓器： N N N N N N U S

2、 I U S I 2 2 1 1 33 ， 第二章變壓器基本作用原理 第二章變壓器基本作用原理 第二章變壓器基本作用原理 1101 UEI R 第二章變壓器基本作用原理 1122 , dd eNeN dtdt （1） 11 cos m EEtsin m t 11mm EN 1 11 4.44 2 m m N EfN 第二章變壓器基本作用原理 11 22 EN k EN 第二章變壓器基本作用原理 第二章變壓器基本作用原理 t 0 i 32 1 1 2 3 0 i t 0 i 第二章變壓器基本作用原理 N I KI 第二章變壓器基本作用原理 由于尖頂波不能用相量表示，將它由于尖頂波不能用相量表示，

3、將它 用相同的有效值、相同的基波頻率用相同的有效值、相同的基波頻率 且同相位的正弦電流等效。該等效且同相位的正弦電流等效。該等效 的正弦量用的正弦量用 表示，稱為磁化電流。表示，稱為磁化電流。 由于由于 與與 同相位，而同相位，而 滯后滯后- 90 ，所以，所以 滯后滯后- 90 ，具有，具有 無功電流的性質。無功電流的性質。 激磁電流是空載電流的主要組成部激磁電流是空載電流的主要組成部 分。分。 I m 1 E I m 1 E I m I 第二章變壓器基本作用原理 n由于磁滯效應，磁化曲線的上升段和下降段不一致，使得勵由于磁滯效應，磁化曲線的上升段和下降段不一致，使得勵 磁電流波形不對稱，可

4、分解為一個尖頂波和一個超前磁電流波形不對稱，可分解為一個尖頂波和一個超前 90 的的 正弦波。該正弦分量稱為磁滯電流分量，與正弦波。該正弦分量稱為磁滯電流分量，與 同相位，是同相位，是 有功電流分量（為什么？）。有功電流分量（為什么？）。 m 第二章變壓器基本作用原理 變磁通在鐵芯中產生渦流及渦流損耗。與渦流損耗對應的電流變磁通在鐵芯中產生渦流及渦流損耗。與渦流損耗對應的電流 分量稱為分量稱為渦流電流分量渦流電流分量，是，是有功電流有功電流分量，根據功率定義，必然分量，根據功率定義，必然 與感應電勢同相位。與感應電勢同相位。 磁滯電流分量和渦流電流分量同相位，可以統(tǒng)稱為鐵耗電流分磁滯電流分量和

5、渦流電流分量同相位，可以統(tǒng)稱為鐵耗電流分 量：量： ehFe III 如此，勵磁電流可以表示為鐵耗電流和磁化電流兩個分量：如此，勵磁電流可以表示為鐵耗電流和磁化電流兩個分量： III Fem 第二章變壓器基本作用原理 注意：注意：rm 并不是實際存在的電阻，而是為了計算鐵耗而引進的模擬并不是實際存在的電阻，而是為了計算鐵耗而引進的模擬 電阻。電阻。 第二章變壓器基本作用原理 第二章變壓器基本作用原理 ?思考：思考： ? rm 和和 xm 大一點好還是小一點好？大一點好還是小一點好？ ? rm 和和 xm 的大小與哪些因素有關？的大小與哪些因素有關？ 第二章變壓器基本作用原理 220 10111

6、011 1 0 )( EU ZIEjxrIEU ZIE IIII mm Fem 第二章變壓器基本作用原理 第二章變壓器基本作用原理 物理現象物理現象 第二章變壓器基本作用原理 12211 NININI m 磁動勢平衡式：磁動勢平衡式： 1 2 21 N N III m 電流表達式：電流表達式： 勵磁支路電壓降：勵磁支路電壓降： mmZ IE 1 1111 ZIEU 一次電壓平衡式：一次電壓平衡式： 2222 ZIEU 二次電壓平衡式：二次電壓平衡式： 2 1 2 1 E E N N k 電壓變比：電壓變比： 第二章變壓器基本作用原理 第二章變壓器基本作用原理 ： 第二章變壓器基本作用原理 第二

7、章變壓器基本作用原理 第二章變壓器基本作用原理 n 第二章變壓器基本作用原理 k I N N IININI 2 1 2 222212 2 2 2 222222 kE I I EEIEIE 2 2 2 2 2 2 22 2 22 2 2 rkr I I rrIrI 第二章變壓器基本作用原理 21 22 2222 1111 1 21 EE ZIU ZIEU ZIEU ZIE III L mm m 第二章變壓器基本作用原理 注意！對于三相變壓器，等效電路指的是某一相的等效，注意！對于三相變壓器，等效電路指的是某一相的等效， 而不是三相的等效。而不是三相的等效。 第二章變壓器基本作用原理 v 前提：電

8、路參數和負載已知。前提：電路參數和負載已知。 v 組成：二次電壓相量圖、電流相量圖和一次電壓組成：二次電壓相量圖、電流相量圖和一次電壓 相量圖。相量圖。 2 U 2 2 I 22r I 22x I j 12 EE m m I 21 II L 1 I 1 E 11r I 11x I j 1 U 1 Fe I I 第二章變壓器基本作用原理 勵磁電流勵磁電流Im(0.03 0.08)I1N。 合并原邊、副邊阻抗，合并原邊、副邊阻抗， 略去勵磁電流。略去勵磁電流。 第二章變壓器基本作用原理 思考題： 第二章變壓器基本作用原理 思考題 第二章變壓器基本作用原理 1 m m E X I 1 m 11 I

9、4.44, mm m N EfN R 2 1 4.44 m m fN X R m X 第二章變壓器基本作用原理 思考題： 2變壓器的其它條件不變，僅將原、副邊線圈匝數增加變壓器的其它條件不變，僅將原、副邊線圈匝數增加 10，試問對，試問對X1和和xm的影響怎樣？如果僅將外施電的影響怎樣？如果僅將外施電 壓升高壓升高10，其影響怎樣？如果僅將頻率升高，其影響怎樣？如果僅將頻率升高10， 其影響又怎樣？其影響又怎樣？ 提示：把握住電勢平衡，利用等效參數的定義和磁路歐提示：把握住電勢平衡，利用等效參數的定義和磁路歐 姆定律進行分析。姆定律進行分析。 第二章變壓器基本作用原理 一、定義：一、定義： 標

10、幺值標幺值 = 某物理量實際值某物理量實際值 該物理量的基值該物理量的基值 二、基值：二、基值： v 電壓基值：額定電壓。電壓基值：額定電壓。 v 容量基值：額定容量。容量基值：額定容量。 v 電流和阻抗基值：一般都先選定電壓及功率基值，電流和阻抗基值：一般都先選定電壓及功率基值， 其余由電路基本規(guī)律算得。其余由電路基本規(guī)律算得。 標幺值標幺值 ：per unit，即每單位，即每單位 之意之意 第二章變壓器基本作用原理 三、標幺值的表示：用下標三、標幺值的表示：用下標“*”表示。表示。 bbb Z Z Z I I I U U U 1 1 *1 1 1 *1 1 1 *1 ， 對于三相系統(tǒng)，要注

11、意其基值是線間額定值，因此要注意對于三相系統(tǒng)，要注意其基值是線間額定值，因此要注意 區(qū)分三相線圈的不同連接方式。區(qū)分三相線圈的不同連接方式。 bbb Z Z Z I I I U U U 2 2 *2 2 2 *2 2 2 *2 ， b1 N1 b1 lN 1 lN1 N 1 bb 1 b 1 lN S= S, U= U th en : US I=, Z= I 3U 3 第二章變壓器基本作用原理 四、標幺值的優(yōu)點四、標幺值的優(yōu)點 1、計算方便且容易判斷錯誤。、計算方便且容易判斷錯誤。 2、用標幺值計算的同時也起到歸算的作用。、用標幺值計算的同時也起到歸算的作用。 3、用標幺值更能說明問題的實質。

12、、用標幺值更能說明問題的實質。 第二章變壓器基本作用原理 一、空載實驗：一、空載實驗： v 目的：求取目的：求取 rm 和和 xm 。 v 方法：低壓側加額定電壓（方法：低壓側加額定電壓（U0），高壓側開路，），高壓側開路， 測取測取 p0 和和 I0。 000 IUZ v 計算：計算： mm rrrIpr 1 2 000 mm xxxrZx 1 2 0 2 00 第二章變壓器基本作用原理 v 說明：說明： 1、以上計算所得參數為低壓側參數，如實驗在高壓、以上計算所得參數為低壓側參數，如實驗在高壓 側進行，則計算所得參數為高壓側參數。側進行，則計算所得參數為高壓側參數。 2、勵磁參數隨鐵芯飽和

13、程度而變化，所以空載實驗、勵磁參數隨鐵芯飽和程度而變化，所以空載實驗 應在額定電壓下進行。應在額定電壓下進行。 3、對于三相變壓器，計算式中的數值均應是每相值，、對于三相變壓器，計算式中的數值均應是每相值， 計算結果也是每相值。計算結果也是每相值。 第二章變壓器基本作用原理 v 目的：求取目的：求取 rk 和和 xk 。 v 方法：低壓側短路，調節(jié)高壓側電壓方法：低壓側短路，調節(jié)高壓側電壓Uk，使短路，使短路 電流不超過額定電流，測取電流不超過額定電流，測取 pk 和和 Ik。 注意！決不允許在額定電壓下進行短路實驗，注意！決不允許在額定電壓下進行短路實驗， 因為此時因為此時 Ik =（9.5

14、 20）IN ，將損壞變壓器。，將損壞變壓器。 kkk IUZ v 計算：計算： 2 kkk Ipr 22 kkk rZx 第二章變壓器基本作用原理 v 用電橋測出一、二次側直流電阻值，再用以下兩用電橋測出一、二次側直流電阻值，再用以下兩 式聯立求解可分離出一、二次側電阻值。式聯立求解可分離出一、二次側電阻值。 21 2 2 1 1 rrr r r r r k DD ， v 一、二次側漏抗不能用實驗的方法分離，一般可一、二次側漏抗不能用實驗的方法分離，一般可 認為兩者歸算到同一側的值相等。認為兩者歸算到同一側的值相等。 v 由于電阻隨溫度而變化，按照電力變壓器標準規(guī)由于電阻隨溫度而變化，按照電

15、力變壓器標準規(guī) 定，需將實驗所得電阻換算到定，需將實驗所得電阻換算到75時的值：時的值： 22 7575 75 75 228 75228 5 .234 755 .234 kkk kk kk xrZ rr rr （鋁線）（鋁線） （銅線）（銅線） 第二章變壓器基本作用原理 短路實驗時，短路電流為額定電流時的外加電壓稱為短路實驗時，短路電流為額定電流時的外加電壓稱為 短路電壓，是一重要參數，可用標幺值表示為：短路電壓，是一重要參數，可用標幺值表示為： * * 75 * * k N kN k k N kN a k N kN k x U xI u r U rI u Z U ZI u 短路電阻標幺值還可

16、表示為：短路電阻標幺值還可表示為： N kN NN kN k S p IU rI r 75 2 * 若短路電流不為額定值，若短路電流不為額定值，pkN可用下式計算：可用下式計算： k k N kN p I I p 2 第二章變壓器基本作用原理 一、電壓變化率一、電壓變化率 v 定義：一次側電壓為額定電壓時，空載與額定負定義：一次側電壓為額定電壓時，空載與額定負 載兩種情況下的二次側電壓算術差與空載電壓之比。載兩種情況下的二次側電壓算術差與空載電壓之比。 100% 20 220 U UU U 第二章變壓器基本作用原理 ABC 1212 cos, sin N kNk UABBC ABIrBCIx

17、v 注意：注意： 上式中的上式中的 2 為二次側電壓超前電流的角度，感性負載時為正值，為二次側電壓超前電流的角度，感性負載時為正值， 容性負載時為負值。容性負載時為負值。 當當2 為負值時，為負值時， U 可能為負值，說明變壓器帶容性負載時，二可能為負值，說明變壓器帶容性負載時，二 次側電壓可能高于空載電壓。次側電壓可能高于空載電壓。 v 額定電壓變化率：額定電壓變化率：cos2 = 0.8（滯后）時額定負載的電壓變化率。約為（滯后）時額定負載的電壓變化率。約為 5% 8%。 第二章變壓器基本作用原理 v 變壓器的損耗可以分為銅耗和鐵耗：變壓器的損耗可以分為銅耗和鐵耗： 銅耗銅耗 基本銅耗：電流流過繞組產生的直流電阻損耗?；俱~耗：電流流過繞組產生的直流電阻損耗。 附加銅耗：趨膚效應、內部環(huán)流和漏磁場引起附加銅耗：趨膚效應、內部環(huán)流和漏磁場引起 的損耗。的損耗。 鐵耗鐵耗 基本鐵耗：主磁通在鐵芯中引起的磁滯損耗和基本鐵耗：主磁通在鐵芯中引起的磁滯損耗和 渦流損耗。渦流損耗。 附加鐵耗：主磁通在其他部件中引起的渦流損附加鐵耗：主磁通在其他部件中引起的渦流損 耗。耗。 第二章變壓器基本作用原理 v效率計算方法：間接法（損耗分離法）。效率計算方法：間接法（損耗分離法）。 鐵耗鐵耗 pFe