變壓器空載運行

1、第第5章章 變壓器變壓器概述概述變壓器空載運行變壓器空載運行變壓器負載運行變壓器負載運行標幺值標幺值變壓器的參數(shù)測定變壓器的參數(shù)測定變壓器的運行特性變壓器的運行特性變壓器的連接組別變壓器的連接組別變壓器的并聯(lián)運行變壓器的并聯(lián)運行自耦變壓器自耦變壓器儀用互感器儀用互感器本章基本要求本章基本要求了解變壓器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理了解變壓器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理熟悉單相變壓器空載、負載運行時的電磁熟悉單相變壓器空載、負載運行時的電磁關(guān)系及磁動勢平衡方程的意義關(guān)系及磁動勢平衡方程的意義掌握變壓器的等效電路以及參數(shù)測定方法掌握變壓器的等效電路以及參數(shù)測定方法掌握變壓器的運行特性掌握變壓器的運行特性了解三相變壓

2、器磁路特點，掌握三相變壓了解三相變壓器磁路特點，掌握三相變壓器聯(lián)結(jié)組號確定的方法器聯(lián)結(jié)組號確定的方法5.1 概述概述簡單的單相變壓器：兩個線圈沒有電的直接聯(lián)系，簡單的單相變壓器：兩個線圈沒有電的直接聯(lián)系， 只有磁只有磁的耦合。的耦合。一次繞組一次繞組（原繞組或初級繞組）：（原繞組或初級繞組）：兩個線圈中接交流電源的線圈，兩個線圈中接交流電源的線圈， 其匝數(shù)為其匝數(shù)為N1二次繞組二次繞組（副繞組或次級繞組）：（副繞組或次級繞組）： 接到用電設(shè)備上的線圈，其匝數(shù)接到用電設(shè)備上的線圈，其匝數(shù)為為N2變壓器是輸送交流電時所使用的一種變電壓和變電流的設(shè)變壓器是輸送交流電時所使用的一種變電壓和變電流的設(shè)備

3、，它能將一種繞組的電壓和電流從某種數(shù)量等級改變?yōu)閭?，它能將一種繞組的電壓和電流從某種數(shù)量等級改變?yōu)榱硪环N繞組的另外一種等級的電壓和電流。另一種繞組的另外一種等級的電壓和電流。 變壓器變壓器電源變壓器電源變壓器電力變壓器電力變壓器環(huán)形變壓器環(huán)形變壓器自耦調(diào)壓器自耦調(diào)壓器控制變壓器控制變壓器三相干式變壓器三相干式變壓器5.1.1 變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的主要結(jié)構(gòu)：鐵心和繞組。變壓器的主要結(jié)構(gòu)：鐵心和繞組。鐵心是變壓器的磁路部分；鐵心是變壓器的磁路部分；繞組是變壓器的電路部分。繞組是變壓器的電路部分。為了提高導磁性能和減少鐵心內(nèi)的磁滯損耗和渦流為了提高導磁性能和減少鐵心內(nèi)的磁滯損耗和渦流損耗

4、，損耗，鐵心通常用鐵心通常用0.35mm厚表面涂有絕緣漆的硅鋼厚表面涂有絕緣漆的硅鋼片沖成一定的形狀疊裝而成。片沖成一定的形狀疊裝而成。1、鐵心、鐵心1、鐵心、鐵心單相殼式變壓器單相殼式變壓器心式變壓器迭片心式變壓器迭片奇數(shù)層奇數(shù)層偶數(shù)層偶數(shù)層心式冷軋硅鋼片迭片心式冷軋硅鋼片迭片2、繞組、繞組繞組是變壓器的電路部分，一般為絕緣扁銅線或絕緣圓銅繞組是變壓器的電路部分，一般為絕緣扁銅線或絕緣圓銅線在繞線模上繞制而成線在繞線模上繞制而成單相和三相芯式變壓器單相和三相芯式變壓器3、其他結(jié)構(gòu)部件、其他結(jié)構(gòu)部件油箱；儲油柜；散熱器；油箱；儲油柜；散熱器；高、低壓絕緣套管；油高、低壓絕緣套管；油表；安全氣道

5、；氣體繼表；安全氣道；氣體繼電器；分接開關(guān)；溫度電器；分接開關(guān)；溫度計；吸濕器等等計；吸濕器等等5.1.2 變壓器的型號和額定數(shù)據(jù)變壓器的型號和額定數(shù)據(jù)額定容量額定容量SN：額定工作狀態(tài)下的視在功率，用伏安（額定工作狀態(tài)下的視在功率，用伏安（VA）等表示。等表示。額定電壓額定電壓U1N/U2N:U1N是電源加到一次繞組上的額定電壓，是電源加到一次繞組上的額定電壓，U2N是一次繞組加上額定電壓后二次繞組開路即空載時是一次繞組加上額定電壓后二次繞組開路即空載時二次繞組的端電壓。對于三相變壓器額定電壓指線電壓。二次繞組的端電壓。對于三相變壓器額定電壓指線電壓。 額定電流額定電流I1N、I2N：變壓器

6、額定容量分別除以原、副邊變壓器額定容量分別除以原、副邊額定電壓所計算出來的線電流值。額定電壓所計算出來的線電流值。 額定頻率：額定頻率：按我國規(guī)定，工業(yè)用電按我國規(guī)定，工業(yè)用電50Hz。單相：單相：NNNNNIUIUS221133NNNNNIUIUS2211三相：三相：5.2 變壓器空載運行變壓器空載運行1Um1E2E20U2I2U5.2.1 變壓器各電磁量正方向變壓器各電磁量正方向在同一支路內(nèi)，電壓與電流的正方向一致；在同一支路內(nèi)，電壓與電流的正方向一致；磁通正方向與電流正方向之間符合右手螺旋關(guān)系；磁通正方向與電流正方向之間符合右手螺旋關(guān)系；感應(yīng)電動勢與磁通之間滿足電磁感應(yīng)定律。感應(yīng)電動勢與

7、磁通之間滿足電磁感應(yīng)定律。dtdNeudtdNeu 222111；5.2.2 變壓器空載運行變壓器空載運行變壓器空載運行：變壓器空載運行：變壓器的一次繞組加上額定電壓，二次繞組變壓器的一次繞組加上額定電壓，二次繞組開路。開路。1U0Im11E2E20U1u0i100Nif 1sem 1s 1e2e10ri1、主磁通、漏磁通、主磁通、漏磁通2、主磁通感應(yīng)電動勢、主磁通感應(yīng)電動勢主磁通按正弦規(guī)律變化，主磁通按正弦規(guī)律變化，tm sin )2 sin( cos ) sin(11111 tEtNtdtdNdtdNemmm )2 sin( cos ) sin(22222 tEtNtdtdNdtdNemm

8、m 感應(yīng)電動勢在感應(yīng)電動勢在相位相位上滯后于主磁通上滯后于主磁通90度電角度度電角度，其，其有效值有效值為：為：mmmmmmmmfNfNNEEfNfNNEE 222221111144. 4222244. 42222 mmfNjEfNjE 221144. 444. 43、漏磁通感應(yīng)電動勢、漏磁通感應(yīng)電動勢2sin2sin111111 tEtNdtdNemssss tss sin11 1111111144. 42222sssmssfNfNNEE 2111ssNjE 00II0101IjXILjs 01112INLss 一次繞組漏自感一次繞組漏自感11sLX 一次繞組漏電抗一次繞組漏電抗121011

9、0101112)2(2sssNINININX 4、空載運行電壓方程式、空載運行電壓方程式10111RIEEUs1U0Im11E2E20U220EU)(11011jXRIEU101ZIE11EUmfNEU 11144. 421212144. 444. 4NNfNfNEEkmm I 0 5、勵磁電流、勵磁電流變壓器中磁性材料的磁化曲線為非線性，變壓器中磁性材料的磁化曲線為非線性， 在一定電壓下，在一定電壓下， 空載電流大小、波形取決于飽和度空載電流大小、波形取決于飽和度。 忽略空載損耗：忽略空載損耗：（1）當主磁通為正弦波時，）當主磁通為正弦波時， 磁路磁路越飽和，越飽和， 電流波形畸變嚴重。電流

10、波形畸變嚴重。（2）勵磁電流與主磁通同相位。）勵磁電流與主磁通同相位。 I0r建立空載運行時的磁場建立空載運行時的磁場勵磁電流勵磁電流I0a 引起損耗引起損耗 6、變壓器空載運行的相量圖、變壓器空載運行的相量圖7、變壓器空載運行的等效電路、變壓器空載運行的等效電路0011BI jEr0011GI jEaraIII000)(001jBGE0001)(jBGIE202000202000BGjBIBGGImmXI jRIE001)(mZI05.3 變壓器的負載運行變壓器的負載運行變壓器一次繞組接電源，變壓器一次繞組接電源， 二次繞組接負載，稱為二次繞組接負載，稱為負載運行負載運行。5.3.1 負載時

11、磁通勢及一、二次電流關(guān)系負載時磁通勢及一、二次電流關(guān)系2E20U2I=02E2U2I1I1I)(222LLLjXRIZIU5.3.1 負載時磁通勢及一、二次電流關(guān)系負載時磁通勢及一、二次電流關(guān)系102211NININI021FFF)(201FFF)(21201INNII)1(20IkILII0表明表明：變壓器的一次電流分成兩個分量，一個是勵磁電流：變壓器的一次電流分成兩個分量，一個是勵磁電流 ，用來產(chǎn)生主磁通；另一個是負載分量用來產(chǎn)生主磁通；另一個是負載分量 ，用來抵消二次繞組磁，用來抵消二次繞組磁通勢的作用。通勢的作用。0ILI)(221011NININI211IkI5.3.2 負載時的二次

12、電壓電流的關(guān)系負載時的二次電壓電流的關(guān)系 22222RIEEUs5.3.3 變壓器的基本方程式變壓器的基本方程式22222IjXILjEss 222ZIE)(2222jXRI jELmZIUZEIIkIIkEEZIEUZIEU22100212122221111電磁關(guān)系電磁關(guān)系2U1U1I111INF2I222INF010INFm 1E2E1s 1sE2s 2sE11RI22RI小結(jié)：小結(jié)：（1）各方程式不僅實用于單相變壓器的穩(wěn)定云頂，也適用于）各方程式不僅實用于單相變壓器的穩(wěn)定云頂，也適用于三相變壓器的對稱、穩(wěn)態(tài)運行，全部電磁量都是指一相的；三相變壓器的對稱、穩(wěn)態(tài)運行，全部電磁量都是指一相的；

13、（2）主磁通的幅值取決于外施電壓的大小；）主磁通的幅值取決于外施電壓的大??；（3）主磁路磁導大，勵磁電抗）主磁路磁導大，勵磁電抗Xm很大，很小的勵磁電流就很大，很小的勵磁電流就可產(chǎn)生較大的主磁通；可產(chǎn)生較大的主磁通；（4）漏磁路主要由非鐵磁材料構(gòu)成，故對應(yīng)的漏電抗）漏磁路主要由非鐵磁材料構(gòu)成，故對應(yīng)的漏電抗X1、X2數(shù)值很??；數(shù)值很?。?.3.4 折合算法折合算法當當k較大時，變壓器一、二次側(cè)電壓相差很大，為計算和作較大時，變壓器一、二次側(cè)電壓相差很大，為計算和作圖帶來不便。圖帶來不便。變壓器一次側(cè)和二次側(cè)沒有直接電路的聯(lián)系，只有磁路的變壓器一次側(cè)和二次側(cè)沒有直接電路的聯(lián)系，只有磁路的聯(lián)系。二

14、次側(cè)的負載電流通過磁通勢影響一次側(cè)。因此只要聯(lián)系。二次側(cè)的負載電流通過磁通勢影響一次側(cè)。因此只要保持二次側(cè)的磁通勢不變，一次側(cè)的物理量沒有改變。這為保持二次側(cè)的磁通勢不變，一次側(cè)的物理量沒有改變。這為繞組的折算提供了依據(jù)。繞組的折算提供了依據(jù)。繞組折算繞組折算：將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個繞組來：將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個繞組來等效，同時對該繞組的電磁量作相應(yīng)的變換，以保持兩側(cè)的等效，同時對該繞組的電磁量作相應(yīng)的變換，以保持兩側(cè)的電磁關(guān)系不變。電磁關(guān)系不變。折算原則折算原則：1）保持二次側(cè)磁通勢不變；保持二次側(cè)磁通勢不變；2）保持二次側(cè)各）保持二次側(cè)各功率或損耗不變。功率或損

15、耗不變。222INF折算原則折算原則：1）保持二次側(cè)磁通勢不變；保持二次側(cè)磁通勢不變；2）保持二次側(cè)各）保持二次側(cè)各功率或損耗不變。功率或損耗不變。21IN= =221221IkINNI1. 電動勢換算關(guān)系電動勢換算關(guān)系mfNjE 2244. 422212EkENNEmfNjE 1244. 42. 阻抗換算關(guān)系阻抗換算關(guān)系根據(jù)保持歸算前后電阻銅耗及漏感中無功功率不變的根據(jù)保持歸算前后電阻銅耗及漏感中無功功率不變的原則，可得：原則，可得：222222RIRI22222222RkRIIR222222XIXI22222222XkXIIX3. 端電壓換算關(guān)系端電壓換算關(guān)系2222ZIEU折合算法只是一

16、種折合算法只是一種分析的方法分析的方法。凡是單位為。凡是單位為伏伏的物理量的物理量（電動勢、電壓）的歸算值等于原來數(shù)值（電動勢、電壓）的歸算值等于原來數(shù)值乘乘k；單位為；單位為歐歐的的物理量（電阻、電抗、阻抗）的歸算值等于原來數(shù)值物理量（電阻、電抗、阻抗）的歸算值等于原來數(shù)值乘乘k2；電流電流的歸算值等于原來的數(shù)值的歸算值等于原來的數(shù)值乘以乘以1/k。2222ZIEU22221ZkIkEk)(222ZIEk2Uk5.3.5 等效電路等效電路（已沒有變比（已沒有變比k）二次繞組經(jīng)折合后，二次繞組經(jīng)折合后，基本方程式變?yōu)椋夯痉匠淌阶優(yōu)椋篖mZIUZEIIIIEEZIEUZIEU221002121

17、22221111折合后的基本方程式折合后的基本方程式5.3.5 等效電路等效電路T型等效電路型等效電路（1）電路中全部的量和參數(shù)都是每一相的值。一次側(cè)為）電路中全部的量和參數(shù)都是每一相的值。一次側(cè)為實際值，二次側(cè)為折合值。實際值，二次側(cè)為折合值。（2）等效的是穩(wěn)態(tài)對稱運行狀態(tài)。）等效的是穩(wěn)態(tài)對稱運行狀態(tài)。簡化等效電路簡化等效電路221212212121XkXXXXRkRRRRjXRZZZkkkkk5.3.6 相量圖相量圖相量圖的畫法，視變壓器給定的和求解的具體條件。相量圖的畫法，視變壓器給定的和求解的具體條件。 給定量和求解量不同，給定量和求解量不同， 畫圖步驟也不一樣。畫圖步驟也不一樣。 根

18、據(jù)變壓器的根據(jù)變壓器的T形等效電路，可畫出相應(yīng)的相量圖。形等效電路，可畫出相應(yīng)的相量圖。變壓器接感性負載，變壓器接感性負載， 負載阻抗由電阻和電感組成，負載阻抗由電阻和電感組成， 為滯后；為滯后； 接容性負載，接容性負載， 負載阻抗由電阻和電容組成，負載阻抗由電阻和電容組成， 為為超前。超前。 2cos 2cos 相量圖的畫法相量圖的畫法（1）畫出）畫出 ； 22IU，假定給定假定給定U2、I2、cos 2及各個參數(shù)及各個參數(shù)（2）在）在 相量上加上相量上加上 得到得到 ； 2U2222XI jRI2E（3）12EE（6）畫出）畫出 與與 的相量和的相量和 ；2I0I1I（7）畫出）畫出 ，加，加 得得到到 。1E1111XI jRI1U（4）畫出領(lǐng)先）畫出領(lǐng)先 的主磁通的主磁通 ；0190 Em （5）根據(jù)）根據(jù) 畫出畫出 ， 領(lǐng)先領(lǐng)先 一個鐵耗角；一個鐵耗角；m