第2章變壓器的運(yùn)行原理與特性-ppt課件

1、第2章 變壓器的運(yùn)轉(zhuǎn)原理與特性 2.1 變壓器的空載運(yùn)轉(zhuǎn)圖2.1 變壓器空載運(yùn)轉(zhuǎn)時的表示圖 2.1.1 空載運(yùn)轉(zhuǎn)時的物理景象 2.1.2 正方向規(guī)定 1)在負(fù)載支路，電流的正方向與電壓降的正方向一致；而在電源支路，電流的正方向與電動勢的正方向一致。 2)磁通的正方向與產(chǎn)生它的電流的正方向符合右手螺旋定那么。 3)感應(yīng)電動勢的正方向與產(chǎn)生它的磁通的正方向符合右手螺旋定那么。 2.1.3 空載時的電磁關(guān)系 (1)電動勢與磁通的關(guān)系 假定主磁通按正弦規(guī)律變化，即 式中 m主磁通最大值。 根據(jù)電磁感應(yīng)定律和圖2-1的正方向規(guī)定，一、二次繞組中感應(yīng)電動勢的瞬時值為(2-1)(2-7)(2-6)(2-5)

2、(2-4)(2-3)(2-2) 式中 E1，E2主磁通在原、副繞組中感應(yīng)電動勢的有效值； N1，N2原、副繞組的匝數(shù)； f電源的頻率； E1原繞組漏感電動勢的有效值； 1m原繞組漏磁通的最大值。 (2)電動勢平衡方程式 按圖2-1規(guī)定的正方向，空載時原方的電動 勢平衡方程式用相量表示為 將漏感電動勢寫成壓降的方式 式中 原繞組的漏電感； 原繞組的漏電抗。 將式(2.9)代入式(2.8)可得(2-8)(2-9) 式中 原繞組的漏阻抗。 對于電力變壓器，空載時原繞組的漏阻抗壓降I0Z1很小，其數(shù)值不超越U1的0.2%，將I0Z1忽略，那么式(210)變成 在副方，由于電流為零，那么副方的感應(yīng)電動勢

3、等于副方的空載電壓，即：(2-10)(2-11) (3)變壓器的變比 在變壓器中，原、副繞組的感應(yīng)電動勢E1和E2之比稱為變壓器的變比，用k表示。即： 上式闡明，變壓器的變比等于原、副繞組的匝數(shù)比。當(dāng)變壓器空載運(yùn)轉(zhuǎn)時，由于(2-12)(2-13) U1E1，U20=E2，故可近似地用空載運(yùn)轉(zhuǎn)時原、副方的電壓比來作為變壓器的變比，即對于三相變壓器，變比是指原、副方相電動勢之比，也就是額定相電壓之比。需求指出的是，在討論三相變壓器聯(lián)接組或聯(lián)接組實(shí)驗(yàn)時用到的電壓比K是指原、副方線(2-14) 電壓之比。實(shí)驗(yàn)時取三相線電壓之比的平均值：2.1.4 空載電流為了在相量圖中表示勵磁電流i，可以用等效正弦波

4、電流來替代非正弦波勵磁電流，其有效值為(2-15)(2-16)圖2.2 勵磁電流的波形 式中，I1、I3、I5、分別為基波和各次諧波的有效值。從圖2.2可以看出勵磁電流i與磁通是同相位的。 當(dāng)思索鐵心損耗時，勵磁電流中還必需包含鐵耗分量 ，即 這時勵磁電流 將超前磁通一相位角(見圖2.3)。(2-17)圖2.3 變壓器的空載相量圖 2.1.5 空載時的相量圖和等效電路 變壓器空載時從原方看進(jìn)去的等效阻抗Z0為 式中， 稱為變壓器的 勵磁阻抗。 于是變壓器原方的電動勢方程可寫成(2-18)(2-19)圖2.4 變壓器空載時的等效電路 2.2 變壓器的負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)圖2.5 變壓器的負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)表示圖 2.

5、2.1 負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時的物理情況 2.2.2 電動勢平衡方程式 在原方，電動勢平衡方程式為 在副方，電動勢平衡方程式為 式中 副繞組的漏阻抗； 副繞組的電阻和漏電抗。(2-20)(2-21) 2.2.3 負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時的磁動勢平衡方程式 或 將上式進(jìn)展變化，可得 或(2-22)(2-23) 2.2.4 變壓器參數(shù)的折算 (1)副方電流的折算值 設(shè)折算后副繞組的匝數(shù)為 ，流過的電流為 ，根據(jù)折算前后副方磁動勢不變的原那么，可得 ，即 (2)副方電動勢的折算值(2-24) 由于折算前后主磁通和漏磁通均未改動，根據(jù)電動勢與匝數(shù)成正比的關(guān)系可得 (3)副繞組漏阻抗的折算值 根據(jù)折算前后副繞組的銅損耗不變的原那

6、么，得(2-25)(2-26) 由折算前后副方漏磁無功損耗不變，得 漏阻抗的折算值 2.2.5 折算后的根本方程式、等效電路和相(2-27)(2-28)(2-29) 量圖折算后的根本方程式如下：(2-30)圖2.6 變壓器的T形等效電路圖2.7 變壓器感性負(fù)載相量圖 2.2.6 等效電路的簡化 在形等效電路和簡化等效電路中，將原、副繞組的漏阻抗參數(shù)合并起來，即 式中Rk變壓器的短路電阻； xk變壓器的短路電抗； Zk變壓器的短路阻抗。(2-31)圖2.8 變壓器的形等效電路圖2.9 變壓器的簡化等效電路 2.3 變壓器的參數(shù)測定 2.3.1 空載實(shí)驗(yàn) 從空載運(yùn)轉(zhuǎn)時的等效電路可知，變壓器空載運(yùn)轉(zhuǎn)

7、時的總阻抗 通常 , ，故可以為圖2.10 單相變壓器空載實(shí)驗(yàn)接線圖圖2.11 變壓器的空載特性曲線 于是可得 2.3.2 短路實(shí)驗(yàn) 根據(jù)額定電流時的pk、Uk值，可以計算出變壓器的短路參數(shù)。(2-32)圖2.12 單相變壓器短路試接線圖圖2.13 變壓器的短路特性曲線 因電阻隨溫度而變，按照電力變壓器的規(guī)范規(guī)定，應(yīng)將室溫(設(shè)為 )下測得的短路電阻換算到規(guī)范任務(wù)溫度75 的值，而漏(2-33) 電抗與溫度無關(guān)，故有 短路損耗和短路電壓也應(yīng)換算到75 的值(2-34)(2-35) 對于三相變壓器，按上式計算時pk、Ik、Uk均為一相的數(shù)值。 在短路實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)原繞組的電流為額定值時，原繞組所加的電

8、壓稱為短路電壓，通常用它與額定電壓之比的百分值來表示： 其有功分量和無功分量分別為：(2-36) 2.4 標(biāo)幺值 標(biāo)幺值=實(shí)踐值/基值 采用標(biāo)幺值有以下優(yōu)點(diǎn)：(2-37) 1)采用標(biāo)幺值可以簡化各量的數(shù)值，并能直觀地看出變壓器的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。例如某量為額定值時，其標(biāo)幺值為1； = 0.9，闡明該變壓器帶90%的額定負(fù)載。 2)采用標(biāo)幺值計算，原、副方各量均不需求折算。例如： 3)用標(biāo)幺值表示，電力變壓器的參數(shù)和性能 目的總在一定的范圍之內(nèi)，便于分析比較。例如短路阻抗 = 0.040.175，空載電流 = 0.020.10。4)采用標(biāo)幺值，某些不同的物理量具有一樣的數(shù)值。例如：(2-38) 2.5 變壓器的運(yùn)轉(zhuǎn)特性 2.5.1 電壓變化率 (1)定義 (2)U%的簡化計算公式(2-39)圖2.14 U %的圖解法 2.5.2 變壓器的損耗和效率 變壓器負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時原方從電網(wǎng)吸收的有功功率為P1，其中很小部分功率耗費(fèi)在原繞組的電阻上( )和鐵心損耗上( )。其他部分經(jīng)過電磁感應(yīng)傳給副繞組，稱為電磁功率Pm。副繞組獲得(2-40)圖2-15 變壓器的外特性 的電磁功率中又有很小部分耗費(fèi)在副繞組的電阻上( )，其他的傳輸給負(fù)載，即輸出功率P2可知，變壓器的損耗包括鐵耗pFe和銅耗pCu(pCu=pCu1+pCu2)兩大類，總損耗(2-42)(2-