变压器空载运行

第5章变压器概述变压器空载运行变压器负载运行标幺值变压器的参数测定变压器的运行特性变压器的连接组别变压器的并联运行自耦变压器仪用互感器本章基本要求了解变压器的基本结构、工作原理熟悉单相变压器空载、负载运行时的电磁关系及磁动势平衡方程的意义掌握变压器的等效电路以及参数测定方法掌握变压器的运行特性了解三相变压器磁路特点，掌握三相变压器联结组号确定的方法5.1概述简单的单相变压器：两个线圈没有电的直接联系，只有磁的耦合。一次绕组（原绕组或初级绕组）：两个线圈中接交流电源的线圈，其匝数为N1二次绕组（副绕组或次级绕组）：接到用电设备上的线圈，其匝数为N2变压器是输送交流电时所使用的一种变电压和变电流的设备，它能将一种绕组的电压和电流从某种数量等级改变为另一种绕组的另外一种等级的电压和电流。变压器电源变压器电力变压器环形变压器自耦调压器控制变压器三相干式变压器5.1.1变压器的结构变压器的主要结构：铁心和绕组。•铁心是变压器的磁路部分；•绕组是变压器的电路部分。为了提高导磁性能和减少铁心内的磁滞损耗和涡流损耗，铁心通常用0.35mm厚表面涂有绝缘漆的硅钢片冲成一定的形状叠装而成。1、铁心1、铁心单相壳式变压器心式变压器迭片奇数层偶数层心式冷轧硅钢片迭片2、绕组绕组是变压器的电路部分，一般为绝缘扁铜线或绝缘圆铜线在绕线模上绕制而成单相和三相芯式变压器3、其他结构部件油箱；储油柜；散热器；高、低压绝缘套管；油表；安全气道；气体继电器；分接开关；温度计；吸湿器等等5.1.2变压器的型号和额定数据额定容量SN：额定工作状态下的视在功率，用伏安（VA）等表示。额定电压U1N/U2N:U1N是电源加到一次绕组上的额定电压，U2N是一次绕组加上额定电压后二次绕组开路即空载时二次绕组的端电压。对于三相变压器额定电压指线电压。额定电流I1N、I2N：变压器额定容量分别除以原、副边额定电压所计算出来的线电流值。额定频率：按我国规定，工业用电50Hz。单相：NNNNNIUIUS221133NNNNNIUIUS2211三相：5.2变压器空载运行1U0Im1E2E20ULZ2I2U5.2.1变压器各电磁量正方向在同一支路内，电压与电流的正方向一致；磁通正方向与电流正方向之间符合右手螺旋关系；感应电动势与磁通之间满足电磁感应定律。dtdNeudtdNeu222111；5.2.2变压器空载运行变压器空载运行：变压器的一次绕组加上额定电压，二次绕组开路。1U0Im11EsEE2E20U1u0i100Nif1sem1s1e2e10ri1、主磁通、漏磁通2、主磁通感应电动势主磁通按正弦规律变化，tmsin)2sin(cos)sin(11111tEtNtdtdNdtdNemmm)2sin(cos)sin(22222tEtNtdtdNdtdNemmm感应电动势在相位上滞后于主磁通90度电角度，其有效值为：mmmmmmmmfNfNNEEfNfNNEE222221111144.4222244.42222mmfNjEfNjE221144.444.43、漏磁通感应电动势2sin2sin111111tEtNdtdNemsssstsssin111111111144.42222sssmssfNfNNEE2111ssNjE00II0101IjXILjs01112INLss—一次绕组漏自感11sLX—一次绕组漏电抗1210110101112)2(2sssNINININX4、空载运行电压方程式10111RIEEUs1U0Im11EsEE2E20U220EU)(11011jXRIEU101ZIE11EUmfNEU11144.421212144.444.4NNfNfNEEkmmI05、励磁电流变压器中磁性材料的磁化曲线为非线性，在一定电压下，空载电流大小、波形取决于饱和度。忽略空载损耗：（1）当主磁通为正弦波时，磁路越饱和，电流波形畸变严重。（2）励磁电流与主磁通同相位。I0r建立空载运行时的磁场励磁电流I0a引起损耗6、变压器空载运行的相量图m1ErI0aI00I1E010RI10XIj1U202,UE7、变压器空载运行的等效电路1U0I1R1jX1E0G0-jB0aI0rI0011BIjEr0011GIjEa1U0I1R1jXmRmjX1EraIII000))((001jBGE0001)(jBGIE202000202000BGjBIBGGImmXIjRIE001)(mZI05.3变压器的负载运行变压器一次绕组接电源，二次绕组接负载，称为负载运行。5.3.1负载时磁通势及一、二次电流关系1U1E1sEE0I1sm2E20U2I=0LZ2E2U2IssEE1IΔ1I)(222LLLjXRIZIU5.3.1负载时磁通势及一、二次电流关系102211NININI021FFF)(201FFF)(21201INNII)1(20IkILII0表明：变压器的一次电流分成两个分量，一个是励磁电流，用来产生主磁通；另一个是负载分量，用来抵消二次绕组磁通势的作用。0ILI)(221011NININI211IkI5.3.2负载时的二次电压电流的关系22222RIEEUs5.3.3变压器的基本方程式22222IjXILjEss222ZIE)(2222jXRIjELmZIUZEIIkIIkEEZIEUZIEU22100212122221111电磁关系2U1U1I111INF2I222INF010INFm1E2E1s1sE2s2sE11RI22RI小结：（1）各方程式不仅实用于单相变压器的稳定云顶，也适用于三相变压器的对称、稳态运行，全部电磁量都是指一相的；（2）主磁通的幅值取决于外施电压的大小；（3）主磁路磁导大，励磁电抗Xm很大，很小的励磁电流就可产生较大的主磁通；（4）漏磁路主要由非铁磁材料构成，故对应的漏电抗X1、X2数值很小；5.3.4折合算法•当k较大时，变压器一、二次侧电压相差很大，为计算和作图带来不便。•变压器一次侧和二次侧没有直接电路的联系，只有磁路的联系。二次侧的负载电流通过磁通势影响一次侧。因此只要保持二次侧的磁通势不变，一次侧的物理量没有改变。这为绕组的折算提供了依据。绕组折算：将变压器的二次（或一次）绕组用另一个绕组来等效，同时对该绕组的电磁量作相应的变换，以保持两侧的电磁关系不变。折算原则：1）保持二次侧磁通势不变；2）保持二次侧各功率或损耗不变。222INF折算原则：1）保持二次侧磁通势不变；2）保持二次侧各功率或损耗不变。21IN=221221IkINNI1.电动势换算关系mfNjE2244.422212EkENNEmfNjE1244.42.阻抗换算关系根据保持归算前后电阻铜耗及漏感中无功功率不变的原则，可得：222222RIRI22222222RkRIIR222222XIXI22222222XkXIIX3.端电压换算关系2222ZIEU折合算法只是一种分析的方法。凡是单位为伏的物理量（电动势、电压）的归算值等于原来数值乘k；单位为欧的物理量（电阻、电抗、阻抗）的归算值等于原来数值乘k2；电流的归算值等于原来的数值乘以1/k。2222ZIEU22221ZkIkEk)(222ZIEk2Uk5.3.5等效电路（已没有变比k）二次绕组经折合后，基本方程式变为：LmZIUZEIIIIEEZIEUZIEU22100212122221111折合后的基本方程式5.3.5等效电路1U1I1R1XmR1E2I'X'2R'20I2U'mjX2E'=LZ'T型等效电路（1）电路中全部的量和参数都是每一相的值。一次侧为实际值，二次侧为折合值。（2）等效的是稳态对称运行状态。1U2=-I'2U'1IkRkXLZ'1U1R1jX2I'jX'2R'22U'1I1I2=-I'LZ'简化等效电路221212212121XkXXXXRkRRRRjXRZZZkkkkk5.3.6相量图相量图的画法，视变压器给定的和求解的具体条件。给定量和求解量不同，画图步骤也不一样。根据变压器的T形等效电路，可画出相应的相量图。变压器接感性负载，负载阻抗由电阻和电感组成，为滞后；接容性负载，负载阻抗由电阻和电容组成，为超前。2cos2cos相量图的画法2U2I2（1）画出；22IU，假定给定U2、I2、cos2及各个参数（2）在相量上加上得到；2U2222XIjRI2E（3）12EE（6）画出与的相量和；2I0I1I（7）画出，加得到。1E1111XIjRI1U（4）画出领先的主磁通；0190Em（5）根据画出，领先一个铁耗角；mZEI/100Im0I22RI22XIj2E1Em0I2I1I1E11RI11XIj1U1单相变压器基本方法总结分析计算变压器负载运行方法有基本方程式、等效电路和相量图。基本方程式：是变压器的电磁关系的数学表达式；等效电路：是基本方程式的模拟电路；相量图：是基本方程的图示表示；三者是统一的，一般定量计算用等效电路或方程式，讨论各物理量之间的相位关系用相量图。