變壓器空載負(fù)載等效電路測(cè)量課件

1、第二章:變壓器作用:能量轉(zhuǎn)換,改變電壓或電流.變壓器運(yùn)行分析:2.2空載運(yùn)行;2.3負(fù)載運(yùn)行1第1頁(yè)，共48頁(yè)。單相變壓器模型鐵心：是變壓器的主磁路部分，用硅鋼片疊成。繞組：是變壓器的電路部分，用電磁線繞制而成。繞組分類一次繞組：輸入電能二次繞組：輸出電能高壓繞組：低壓繞組：2第2頁(yè)，共48頁(yè)。一、一次和二次繞組的感生電動(dòng)勢(shì)，電壓比空載運(yùn)行空載電流:i10空載時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)N1i103第3頁(yè)，共48頁(yè)。一、一次和二次繞組的感生電動(dòng)勢(shì)，電壓比空載運(yùn)行空載電流:i10空載時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)N1i10空載時(shí)的磁通分析主磁通 :鍵鏈兩個(gè)線圈漏磁通:鍵鏈一個(gè)線圈，空載時(shí)可忽略。主磁通4第4頁(yè)，共48頁(yè)。一、一次和二

2、次繞組的感生電動(dòng)勢(shì)，電壓比運(yùn)行分析空載電流:i10感生電動(dòng)勢(shì)正方向電壓u1正電壓-正電流正電流-正電動(dòng)勢(shì) 正磁通主磁通5第5頁(yè)，共48頁(yè)。一、一次和二次繞組的感生電動(dòng)勢(shì)，電壓比感生電動(dòng)勢(shì)大小電壓方程(考慮電阻)電壓比及變壓原理忽略漏磁通改變變壓器二次匝數(shù)，即可改變變壓器二次輸出電壓主磁通6第6頁(yè)，共48頁(yè)。二、主磁通分析主磁通:通過(guò)鐵心并和一次、二次繞組交鏈的磁通e超前e 90對(duì)已制好的變壓器，主磁通最大值的大小和波形主要取決于電源電壓的大小和波形也為正弦波,超前e90ee1近似為正弦波7第7頁(yè)，共48頁(yè)。激磁電流im空載時(shí)即等于空載電流: im=i10激磁電流分量(兩種作用)鐵耗電流iFe:

3、支付鐵心損耗所需要的能量.鐵耗電流與-e同相( e 吸收電功率)磁化電流i:用于產(chǎn)生磁場(chǎng).磁化電流與同相,超前e 90三、激磁電流激磁阻抗8第8頁(yè)，共48頁(yè)。變壓器空載時(shí)的等效電路激磁電阻激磁電抗9第9頁(yè)，共48頁(yè)。六、空載運(yùn)行總結(jié)空載等效電路的意義：把具有電路磁路和電磁感應(yīng)關(guān)系的實(shí)際變壓器用一個(gè)等效電路來(lái)代替。激磁阻抗的意義：把主磁通和鐵心線圈的作用作為激磁阻抗來(lái)處理，或說(shuō)把主磁通和鐵心線圈用激磁阻抗參數(shù)來(lái)表征。線性處理：激磁電流用等效正弦波代替計(jì)算.鐵心磁路是非線性的，E1和Im之間也是非線性關(guān)系，Zm不是常值；實(shí)際變壓器運(yùn)行時(shí)，主磁通（最大值）m變化很小，Im和1 （有效值）近似為常數(shù)，

4、在此條件下，可近似認(rèn)為Zm為一常值。10第10頁(yè)，共48頁(yè)。2.3變壓器負(fù)載運(yùn)行什么是變壓器的負(fù)載運(yùn)行: 一次繞組接交流電源,二次繞組接負(fù)載阻抗ZL,二次繞組在電動(dòng)勢(shì)e2作用下，將有電流流過(guò)，參與變壓器內(nèi)磁場(chǎng)建立。正方向的規(guī)定電壓_1電流_1電動(dòng)勢(shì)_1磁通_主漏電動(dòng)勢(shì)_2電流_2電壓_211第11頁(yè)，共48頁(yè)。一、磁動(dòng)勢(shì)平衡運(yùn)行分析 i2將產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)N2i2作用在鐵心磁路上，趨向于改變主磁通和激磁電動(dòng)勢(shì)e1及i1。主磁通大小這時(shí)仍有磁動(dòng)勢(shì)相互影響i1中除用以產(chǎn)生主磁通m的激磁電流im外，還將增加一個(gè)負(fù)載分量i1L，以抵消二次繞組電流i2的作用，保持m(近似為常值).N2i2,主磁通m近似不變。

5、12第12頁(yè)，共48頁(yè)。二、磁動(dòng)勢(shì)方程磁動(dòng)勢(shì)作用i1中除用以產(chǎn)生主磁通m的激磁電流im外，還將增加一個(gè)負(fù)載分量i1L，以抵消二次繞組電流i2的作用,以保持m(近似為常值).另一方面,作用在主磁路上的磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)方程：正常負(fù)載時(shí)，i1和i2都隨時(shí)間正弦變化，此時(shí)磁動(dòng)勢(shì)方程可用復(fù)數(shù)表示為：13第13頁(yè)，共48頁(yè)。三、漏磁通和漏磁電抗漏磁通：漏磁動(dòng)勢(shì)一次繞組的漏磁通： 僅與一次繞組交鏈二次繞組的漏磁通： 僅與二次繞組交鏈 14第14頁(yè)，共48頁(yè)。三、漏磁通和漏磁電抗感生電動(dòng)勢(shì)漏感與漏抗漏此路為線性，故漏抗與漏感近似為常數(shù)。15第15頁(yè)，共48頁(yè)。四、變壓器運(yùn)行分析總結(jié)按照磁路性質(zhì)的不同，把磁通分成主

6、磁通和漏磁通兩部分，把不受鐵心飽和影響的漏磁通分離出來(lái)，用常值參數(shù)X1和X2來(lái)表征，而把受鐵心飽和影響的主磁路及其參數(shù)Zm作為局部的非線性問(wèn)題，再加以線性化處理，這是分析變壓器和旋轉(zhuǎn)電機(jī)的重要方法之一。這樣做，一方面可以簡(jiǎn)化分析；另一方面可以提高測(cè)試和計(jì)算的精度。 16第16頁(yè)，共48頁(yè)。2.4變壓器的基本方程和等效電路一、變壓器的基本方程變壓器內(nèi)部電磁關(guān)系17第17頁(yè)，共48頁(yè)。一、變壓器的基本方程一次和二次的電壓方程復(fù)數(shù)形式一次漏阻抗二次漏阻抗18第18頁(yè)，共48頁(yè)。一、變壓器的基本方程變壓器基本方程？希望有一個(gè)既能正確反映變壓器內(nèi)部電磁關(guān)系，又便于工程計(jì)算的等效電路，來(lái)代替既有電路、磁路

7、和電磁感應(yīng)關(guān)系的實(shí)際變壓器基本方程的應(yīng)用？19第19頁(yè)，共48頁(yè)。二、變壓器的等效電路20第20頁(yè)，共48頁(yè)。二、變壓器的等效電路繞組歸算 把二次繞組歸算到一次側(cè)：一次側(cè)固定不動(dòng)，用一個(gè)與一次繞組匝數(shù)完全相同的等效繞組，去代替實(shí)際的二次繞組。 等效：保持變壓器內(nèi)部的電磁關(guān)系不變，即二次側(cè)磁動(dòng)勢(shì)不變。保持二次側(cè)的能量關(guān)系不變。 歸算值：繞組歸算后，對(duì)應(yīng)新的量值稱為歸算值，用原物理量的符號(hào)加表示。21第21頁(yè)，共48頁(yè)。歸算后的變壓器方程按前面列方程的基本方法二、變壓器的等效電路22第22頁(yè)，共48頁(yè)。二、變壓器等效電路23第23頁(yè)，共48頁(yè)。二、變壓器等效電路電路對(duì)接24第24頁(yè)，共48頁(yè)。二、

8、變壓器等效電路等效電路的應(yīng)用用等效電路去代替實(shí)際的變壓器進(jìn)行計(jì)算 一次側(cè)為實(shí)際值 二次側(cè)使用的是歸算值問(wèn)題:實(shí)際值與歸算值之間的關(guān)系、如何換算？25第25頁(yè)，共48頁(yè)。二、變壓器的等效電路歸算值與原值的關(guān)系二次電流：根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)不變?cè)瓌t感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：26第26頁(yè)，共48頁(yè)。二、變壓器的等效電路阻抗：根據(jù)能量關(guān)系不變?cè)瓌t電阻損耗不變：二次繞組漏磁場(chǎng)內(nèi)無(wú)功功率不變二次電壓：二次繞組歸算到一次繞組時(shí)，電動(dòng)勢(shì)和電壓應(yīng)乘以k倍，電流乘以1k倍，阻抗乘以k2倍27第27頁(yè)，共48頁(yè)。二、變壓器的等效電路歸算后的電壓方程驗(yàn)證歸算的實(shí)質(zhì)所謂歸算，實(shí)質(zhì)是在功率和磁動(dòng)勢(shì)保持為不變量的條件下，對(duì)繞組的電壓、電流所進(jìn)行的

9、一種線性變換。28第28頁(yè)，共48頁(yè)。二、變壓器等效電路等效電路的應(yīng)用用等效電路去代替實(shí)際的變壓器 一次側(cè)為實(shí)際值 二次側(cè)使用的是歸算值計(jì)算前實(shí)際值歸算值 計(jì)算后歸算值實(shí)際值29第29頁(yè)，共48頁(yè)。二、變壓器等效電路歸算到二次側(cè):用一個(gè)N2匝繞組代替一次繞組.歸算到二次側(cè)的等效電路(與歸算到一次類似/略)計(jì)算前歸算值 實(shí)際值計(jì)算后實(shí)際值 歸算值30第30頁(yè)，共48頁(yè)。二、變壓器等效電路近似等效電路I1NZ125%U1N激磁支路兩端電壓約等于U1 Im0.11%I1N對(duì)二次電流影響很小.額定負(fù)載時(shí)31第31頁(yè)，共48頁(yè)。二、變壓器等效電路簡(jiǎn)化等效電路Im0.11%I1N鐵心損耗遠(yuǎn)小于繞組損耗.等

10、效漏阻抗也稱(短路阻抗)短路電阻,短路電抗 32第32頁(yè)，共48頁(yè)。例 一臺(tái)單相變壓器,已知參數(shù)R1=2.19,X1=15.4,R2=0.15,X2=0.964,Rm=1250,Xm=12600.N1/N2=876/260,當(dāng)二次接負(fù)載阻抗26.67+j20時(shí)畫出歸算到高壓側(cè)的T型等效電路,用T型近似簡(jiǎn)化等效電路求I1并比較結(jié)果.33第33頁(yè)，共48頁(yè)。電流計(jì)算34第34頁(yè)，共48頁(yè)。MatLab程序計(jì)算35第35頁(yè)，共48頁(yè)。計(jì)算結(jié)果有效值A(chǔ)相位角T型電路近似電路簡(jiǎn)化電路復(fù)數(shù)值A(chǔ)36第36頁(yè)，共48頁(yè)。2.5 等效電路參數(shù)的測(cè)定開(kāi)路實(shí)驗(yàn)測(cè)量激磁阻抗參數(shù)短路實(shí)驗(yàn)測(cè)量短路阻抗參數(shù)37第37頁(yè)，共

11、48頁(yè)。一、開(kāi)路試驗(yàn)接線及實(shí)驗(yàn)方法:二次繞組開(kāi)路，一次繞組加以額定電壓，測(cè)量此時(shí)的輸人功率P0、電壓U1和電流I0 電壓不能超過(guò)該側(cè)的額定電壓38第38頁(yè)，共48頁(yè)。 一、開(kāi)路試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理變壓器二次繞組開(kāi)路時(shí)，一次繞組的電流I0,就是激磁電流Im。由于一次漏阻抗比激磁阻抗小得多，可將它略去不計(jì).由于空載電流很小，它在一次繞組中產(chǎn)生的電阻損耗可以忽略不計(jì)，這樣空載輸入功率可認(rèn)為基本上是供給鐵心損耗的 U=UN開(kāi)路Z1 Zm39第39頁(yè)，共48頁(yè)。 一、開(kāi)路試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)I0=0.11%IN,U=UN.為了試驗(yàn)時(shí)的安全和儀表選擇的方便，開(kāi)路試驗(yàn)時(shí)通常在低壓側(cè)加上電壓，高壓側(cè)開(kāi)路，此時(shí)測(cè)出的值為歸

12、算到低壓側(cè)時(shí)的值 歸算到高壓側(cè)時(shí)，各參數(shù)應(yīng)乘以k2I0=0.11%IN,U=UN.電流相對(duì)較小，電流表放在內(nèi)側(cè)。空載40第40頁(yè)，共48頁(yè)。對(duì)歸算值的理解理想變壓器: 鐵心磁導(dǎo)率無(wú)窮大Xm=,無(wú)鐵心損耗Rm=0沒(méi)有漏磁通, X12=0電阻為零R12=0變壓器接額定電源,假定二次側(cè)有一阻抗ZL如果從二次側(cè)直接測(cè)量其電壓U2,電流I2,則阻抗一次對(duì)應(yīng)電壓U1和電流I1,則根據(jù)一次測(cè)量的電壓和電流值計(jì)算的阻抗就為歸(折)算到一次側(cè)的值41第41頁(yè)，共48頁(yè)。二、短路試驗(yàn)接線及實(shí)驗(yàn)方法：二次繞組短路，一次繞組上加一可調(diào)的低電壓。從0向上非常緩慢調(diào)節(jié)外加的低電壓，使短路電流達(dá)到額定電流，測(cè)量此時(shí)的一次電

13、壓Uk輸入功率Pk和電流Ik 電流不能超過(guò)該側(cè)的額定電流42第42頁(yè)，共48頁(yè)。二、短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理變壓器短路時(shí)，外加電壓僅用于克服變壓器內(nèi)部的漏阻抗壓降，當(dāng)短路電流為額定電流時(shí)，該電壓一般只有額定電壓的5一10%左右；因此短路試驗(yàn)時(shí)變壓器內(nèi)的主磁通很小激磁電流和鐵耗均可忽略不計(jì)；不計(jì)鐵耗時(shí)，短路時(shí)的輸入功率Pk可認(rèn)為全部消耗在一次和二次繞組的電阻損耗上 短接43第43頁(yè)，共48頁(yè)。二、短路試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)短路試驗(yàn)時(shí)，繞組的溫度與實(shí)際運(yùn)行時(shí)不一定相同；按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，測(cè)出的電阻應(yīng)換算到75時(shí)的數(shù)值 短路試驗(yàn)常在高壓側(cè)加電壓，由此所得的參數(shù)值為歸算到高壓側(cè)時(shí)的值 短路電流為額定值，短路電壓相對(duì)較小，故電壓表放在電流表內(nèi)側(cè)。短路試驗(yàn)時(shí)，使電流達(dá)到額定值時(shí)所加的電壓U1k,稱為阻抗電壓或短路電壓。阻抗電壓用額定電壓的百分值表示時(shí)有 變壓器中漏磁場(chǎng)的分布十分復(fù)雜，所以要從測(cè)出的Xk中把X1和X2分開(kāi)是極為困難的。由于工程上大多采用近似或簡(jiǎn)化等效電路來(lái)計(jì)算各種運(yùn)行問(wèn)題因此通常沒(méi)有必要把X1和X2分開(kāi)。有時(shí)假設(shè)X1= X2以把兩者分離。 44第44頁(yè)，共48頁(yè)。說(shuō)明 空載實(shí)驗(yàn)：在低壓側(cè)加電額定電壓11kV,并測(cè)量空載電流45.5