7電機(jī)學(xué)－變壓器工作原理運(yùn)行分析

1、內(nèi)容回顧2-3變壓器的負(fù)載運(yùn)行A1X11 222 xZL圖2-12變壓器的負(fù)載運(yùn)行m 2 1 1111 r 1 1 與111平衡2r 平衡2 22 22 21111 1Z12 Z222 ZL變壓器的歸算值變壓器的原、副邊等效電路如圖所示：AmAm1jx2 22ZLXpqx圖2-13變壓器、副邊等效電路實(shí)際上是用一臺(tái)副繞組匝數(shù)等于原繞組匝數(shù)的假想變等效條件：原邊電路情況不變，即主磁場(chǎng)不變；副邊對(duì)原邊的影響不變，即副邊的磁動(dòng)勢(shì)不變；有功和無(wú)功損耗不變。歸算值：根據(jù)歸算條件可求出假想變壓器的各物理量，量稱為由副邊歸算到原邊的值，簡(jiǎn)稱為歸算值。歸算值用原來(lái)副邊各物理量的符號(hào)上加上一個(gè) 來(lái)表示，如2等。

2、當(dāng)把副邊各物理量歸算到原邊時(shí)，凡是（電動(dòng)勢(shì)、電壓等）的歸算值等于其原來(lái)的數(shù)值乘以 k ；凡是單位為歐姆的物理量（電阻、電抗、阻抗等）的歸算值等于其原來(lái)的數(shù)值乘以 k2 ；電流的歸算值等于原來(lái)數(shù)值乘以 1/k 。變壓器的等效電路和相量圖等效電路1ZXAjx1pAAm1 j jxax1jxmU1X(b)Zx圖2-14變壓器“T”形等效電路Ajx1x 11 jxmZXA1jxkZ1X圖2-16變壓器簡(jiǎn)化等效電路xkxZkZ1Z式中：rk、xk和Zk分別稱為變壓器的短路電阻、短路和短路阻抗。基本方程式11Z1(1) Z(2)1 j4.44f (3) 1(4) (5)mm1(6)Zm Z(7)相量圖1

3、(1)Z(2)1j44fm(3)1(4) ()(5) 1Z(6)mZ(7)討論：應(yīng)用基本方程式做出的相量圖在理論上是有意義的，但實(shí)際應(yīng)用較為困難。因?yàn)?，?duì)已經(jīng)制造好的變壓器，很難用實(shí)驗(yàn)方法把原、副繞組的漏電抗 和 x 分開(kāi)。因此，在分析負(fù)載方面的問(wèn)題時(shí)，常根據(jù)簡(jiǎn)化等效電路來(lái)畫(huà)相量圖。A1jxkZ1xxk12X圖2-16器簡(jiǎn)化等效電1 感性負(fù)載時(shí)的簡(jiǎn)化相量圖短路阻抗的電壓降落一個(gè)三角形ABC，稱為漏阻抗形。對(duì)于給定的一臺(tái)變壓器，不同負(fù)載下的這個(gè)三角形，它的形狀是相似的，三角形的大小與負(fù)載電流成正比。在額定電流時(shí)三角形，叫做短路三角形。結(jié)論：基本方程式、等效電路和相量圖是分析變壓器運(yùn)的三種方法。基

4、本方程式概括了變壓器 中的電磁關(guān)系，而等效電路和相量圖是基本方程式的另一種表達(dá)形式，因此三者之間是一致的，究竟取哪一種表達(dá)形式，則視其具體情況而定。進(jìn)行定量計(jì)算時(shí)，等效電路比較方便；討論各物理量之間大小和相位關(guān)系時(shí)，相量圖比較方便。變壓器的功率平衡關(guān)系變壓器的功率傳遞關(guān)系可以從等效電路看出。變壓器m原繞組從電源吸收電功率m U1I1 ，扣除原繞組的銅耗 I2r和鐵耗 I2，余下的即為原cu111fem邊傳到副邊的電磁功率cu111fem EIcos 2 ，該功率是通過(guò)電磁感應(yīng)傳遞的，所以稱為電磁功率。電磁功率再扣除副繞組的銅耗 I2r，即為副邊輸出的電功率2 UIcos2 cu222pcu1p

5、cu 2jxP11p21jxmZpcu1p pcu2pcu1pcu2p圖2-20變壓器功率流程圖變壓器的運(yùn)行分析2-4變壓器的參數(shù)測(cè)定空載實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模呵蟪鲎儽?k、空載損耗 p0 和激磁阻抗 Zm 。WAaWAaVxXW VVVWAaAA bBA cC注意事項(xiàng)：為了試驗(yàn)安全和儀表選擇方便，一般在低壓邊加，高壓邊開(kāi)路。實(shí)驗(yàn)步驟：進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，高壓邊開(kāi)路，低壓邊加上額定電壓U1N，測(cè)量副邊電壓U20 、空載電流I0及空載輸入功率p0 。在試驗(yàn)三相變壓器時(shí)，由于三相磁路不對(duì)稱，導(dǎo)相電流不相等，此時(shí)可取三相電流的平均值作為激磁電流值。參數(shù)計(jì)算：zm z0 U1NIr 0p0Im0Ix 20zr2m00

6、0k 高壓邊匝數(shù) U 20低壓邊匝數(shù)低壓邊電動(dòng)U1N討論：1）空載試驗(yàn)時(shí)，外加電壓和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都達(dá)到值，鐵心磁密以及鐵耗也是正常運(yùn)行時(shí)的數(shù)值。由于空載時(shí)原邊只有激磁電流，它引起的銅耗可以忽略不計(jì)。所以輸入功率 p0 幾乎全部供給鐵耗pfe。于是 p0 pfe。2）變壓器空載時(shí)的總阻抗為Z0= Z1+ Zm，由于Zm Z1，因此：z0 zm U1NI0如果是三相變壓器，在計(jì)算激磁阻抗時(shí)，采用由于激磁阻抗Zm隨外加電壓的大小而變化，使測(cè)出的參數(shù)符合變壓器的實(shí)際運(yùn)行情況，空載試驗(yàn)應(yīng)在額定電壓下進(jìn)行。由于試驗(yàn)是在低壓側(cè)進(jìn)行的，故測(cè)得的參數(shù)是 k2。變壓器的運(yùn)行分析2-4變壓器的參數(shù)測(cè)定短路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

7、：求出負(fù)載損耗 pk 、短路阻抗Zk 和短路電壓 uk。WAAWAAVxXAWAAWAVVABVAWCb c注意事項(xiàng)：為了便于測(cè)量，穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)通常將高壓繞組接到，低壓繞組直接短路。實(shí)驗(yàn)步驟：進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，副邊短路，原邊通過(guò)調(diào)壓器接到電試驗(yàn)時(shí)所加電壓必須比額定電壓低得多，以原邊電流達(dá)到或接近額定值為止。pk 。測(cè)量這時(shí)的電壓 Uk，原邊電流 Ik，和輸入功率參數(shù)計(jì)算：UzkkUIkrpkzk75Cr2rk75Cr(2352xkxIk2Ikzr22xkkkzr22k75Ck(235)討論：穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)原繞組電流達(dá)額定值，副里電流也幾乎同時(shí)達(dá)額定值，這時(shí)繞組中的銅損耗相當(dāng)于額定負(fù)載時(shí)的銅耗。從

8、簡(jiǎn)化等效電路可知，當(dāng)副邊短路而原邊電流為值時(shí)，原邊電壓的大小等于變壓器漏阻抗上的壓降， 因此UkI1Nzk很小。由于外加電壓很低，鐵心里的主磁通很小，激磁電流以及鐵耗可以忽略，這時(shí)輸入功率pk 幾乎全部供給了繞組的銅耗，因此穩(wěn)態(tài)短路測(cè)出的損耗稱為負(fù)載損耗。由于繞組的電阻隨溫度而變化，而短路試驗(yàn)一室溫下進(jìn)行，所以測(cè)得的電阻必須換算到基準(zhǔn)工作 溫度時(shí)的數(shù)值。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，油浸電力變壓器和電機(jī)的繞組應(yīng)換算由75的數(shù)值。如果是三相變壓器，在計(jì)算短路阻抗時(shí)，采用阻抗電壓所謂阻抗電壓是短路阻抗與原邊額定電流的乘積用原 ：u I1Nzk75z100%UkU1N上式表明，阻抗電壓就是變壓器短路電流達(dá)額定值

9、時(shí)所加電壓用原邊額定電壓百分?jǐn)?shù)表示，故又稱短路電壓。阻抗電壓它的有功分量 ukr 無(wú)功分量 ukx 分別為:u I1Nrk75r100%UkrU1NukxI1N xk U100%uk1Nuu%22uu%krkx阻抗電壓討論：阻抗電壓標(biāo)在變壓器的銘牌上，它的大小反有功分量隨容量的增大而減小，無(wú)功分量則變壓器的運(yùn)行分析2-5標(biāo)么值（p.u值）標(biāo)么值標(biāo)么值：在工程計(jì)算中，各物理量如電壓、電流、阻 、功率等往往不用它們的實(shí)際值進(jìn)行計(jì)算，而把這 些物理量表示成與某一選定的同單位的基值之比的形式，稱為標(biāo)么值。即標(biāo)么值實(shí)際值基值標(biāo)么值的表示方法：在電機(jī)學(xué)中，常取各物理量的額定值作為基值。為了 別標(biāo)么值和實(shí)際

10、值，我們?cè)诟魑锢砹吭瓉?lái)的符號(hào)右 上角加上 * 號(hào)以表示該物理量的標(biāo)么值。如電流的標(biāo)么值用 I* 表示。標(biāo)么值的表示方法：當(dāng)選用額定值為基值時(shí)，原、副邊電壓、電流的標(biāo)么 U1*U1U1U1N*U2U2U2NU2I1I1I1I1NI2I2I2NI2原、副繞組阻抗的基值分別取z1NU1N/ I1N ,z2U2/ I2N相應(yīng)的原、副繞組漏阻抗的標(biāo)么值為 ：zzz I1N Uz2zzz I2 N z2U1N1N2N2N即：阻抗的標(biāo)么值等于額定電流在阻抗上產(chǎn)生的電的標(biāo)么值。計(jì)算標(biāo)么值時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題：在三相變壓器中，實(shí)際值為相值，則基值也應(yīng)值；實(shí)際值為線值，則基值也應(yīng)是線值。在對(duì)稱三相電路中，線值和相值的

11、標(biāo)么值是相等的。在交流電路里，最大值和有效值的標(biāo)么值是相等的。實(shí)際值與基值的單位必須一致。基值雖然可以任意選取，但電壓 U、電流 I Z和視在功率 S基值之間必須滿足歐姆定律表達(dá)式、功率表達(dá)式。四個(gè)量中有兩個(gè)量的基值可以任取，其余兩個(gè)量的基值可根據(jù)歐姆定律和功率表達(dá)式算出來(lái)。歸算值的基值，應(yīng)取被歸算到所在邊的基值。采用標(biāo)么值具有下列優(yōu)點(diǎn)：不論變壓器的容量相差多大，用標(biāo)幺值表示的參數(shù)能數(shù)據(jù)變化范圍很小，這就便于對(duì)不同容量的變壓器進(jìn)行比較。采用標(biāo)幺值時(shí)，原、副邊各物理量不需要進(jìn)行歸算這是由于用標(biāo)么值表示時(shí)，歸算值和未歸算值相等。例如：* Ir2r I(kr ) r 2N2 1N21N2 1N2U2U1N/U1NU1N采用標(biāo)幺值后，各物理量的數(shù)值簡(jiǎn)化。采用標(biāo)么值后，各物理量額定值的標(biāo)么值等于1更加簡(jiǎn)便。采用標(biāo)么值后，某些物理量具有相同的數(shù)值，例zk*zkzkzN IN zkUN UkUNU ukrku*rkukkrxu*xukkx采用標(biāo)么值具有下列缺點(diǎn)：標(biāo)幺值的缺點(diǎn)是沒(méi)有單位，因而物理概念不明確，失去了利用量綱關(guān)系來(lái)檢查某些計(jì)算是否正確的可能性。變壓器的運(yùn)行分析例題m ，若電源電壓不變，在額定負(fù)載時(shí)其主磁通近似為（）Z1=Z2，則副邊穩(wěn)態(tài)短路時(shí)的主磁通近似為（）。變壓器的運(yùn)行分析例題