變壓器的空載運(yùn)行

1、變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行 變壓器的空載運(yùn)行變壓器的空載運(yùn)行 原邊加額定電壓，副邊開路、負(fù)載電流為零時(shí)的運(yùn)行原邊加額定電壓，副邊開路、負(fù)載電流為零時(shí)的運(yùn)行 情況，稱為變壓器的情況，稱為變壓器的空載運(yùn)行空載運(yùn)行。 一、電磁關(guān)系分析一、電磁關(guān)系分析 m e1 e2 e1 1 u1u2 i0i2=0 變壓器空載運(yùn)行變壓器空載運(yùn)行 正方向規(guī)定正方向規(guī)定 （1 1）原邊繞組內(nèi)電流的正方向與電源電壓正方向一致；）原邊繞組內(nèi)電流的正方向與電源電壓正方向一致； （2 2）按右手螺旋關(guān)系，正方向的電流產(chǎn)生正方向的磁通；）按右手螺旋關(guān)系，正方向的電流產(chǎn)生正方向的磁通； （3 3）感應(yīng)電勢正方向與產(chǎn)生該電動(dòng)勢

2、的磁通方向之間符合）感應(yīng)電勢正方向與產(chǎn)生該電動(dòng)勢的磁通方向之間符合 右手螺旋關(guān)系，故感應(yīng)電勢與電流正方向一致。右手螺旋關(guān)系，故感應(yīng)電勢與電流正方向一致。 副邊：副邊： （1 1）副邊繞組感應(yīng)電勢正方向與）副邊繞組感應(yīng)電勢正方向與產(chǎn)生該電動(dòng)勢的磁通正方產(chǎn)生該電動(dòng)勢的磁通正方 向之間符合右手螺旋關(guān)系；向之間符合右手螺旋關(guān)系； （2 2）副邊繞組電流正方向與副邊繞組電動(dòng)勢正方向一致；）副邊繞組電流正方向與副邊繞組電動(dòng)勢正方向一致； （3 3）副邊繞組端電壓的正方向與電流正方向一致。）副邊繞組端電壓的正方向與電流正方向一致。 二、電壓平衡方程式二、電壓平衡方程式 正方向規(guī)定如前，注意：正方向規(guī)定如前，

3、注意： （1 1）正方向規(guī)定可以任意正方向規(guī)定可以任意 （2 2）通常原邊按電動(dòng)機(jī)慣例對(duì)待，副邊按發(fā)電機(jī)慣例通常原邊按電動(dòng)機(jī)慣例對(duì)待，副邊按發(fā)電機(jī)慣例 （3 3）習(xí)慣上，端電壓習(xí)慣上，端電壓U表示電壓降，電勢表示電壓降，電勢E表示電壓升表示電壓升 1 1、電壓平衡方程式、電壓平衡方程式 . 1111 1 UEEI r 副繞組：空載時(shí)，I2=0 原繞組： . 22UE 空載電流作用和性質(zhì)空載電流作用和性質(zhì) 一方面：用來勵(lì)磁，一方面：用來勵(lì)磁，建立磁場建立磁場-無功分量無功分量 另方面：供變壓器另方面：供變壓器空載損耗空載損耗-有功分量有功分量 性質(zhì)：主要是感性無功性質(zhì)性質(zhì)：主要是感性無功性質(zhì)-也

4、稱勵(lì)磁電流；也稱勵(lì)磁電流； 大小：與電源電壓和頻率、線圈匝數(shù)、磁路材質(zhì)大?。号c電源電壓和頻率、線圈匝數(shù)、磁路材質(zhì) 及幾何尺寸有關(guān)。及幾何尺寸有關(guān)。 二、空載電流和空載損耗二、空載電流和空載損耗 1. 1. 作用與組成作用與組成 （一）空載電流（一）空載電流 空載電流空載電流i0包含兩個(gè)分量：包含兩個(gè)分量： 2 2、性質(zhì)和大小、性質(zhì)和大小 性質(zhì)性質(zhì)：由于空載電流的無功分量遠(yuǎn)大于有功分量，所以空載電流主要是感性由于空載電流的無功分量遠(yuǎn)大于有功分量，所以空載電流主要是感性 無功性質(zhì)無功性質(zhì)也稱也稱勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流。 另一個(gè)是鐵損耗分量另一個(gè)是鐵損耗分量iFeFe, ,稱為鐵耗電流，主要作用是供鐵損耗

5、（磁滯損稱為鐵耗電流，主要作用是供鐵損耗（磁滯損 耗和渦流損耗），超前于主磁通耗和渦流損耗），超前于主磁通9090度。度。 一個(gè)是勵(lì)磁分量一個(gè)是勵(lì)磁分量( (無功分量無功分量) ) i，稱為磁化電流，作用是建立磁場，稱為磁化電流，作用是建立磁場， 與主磁通同相；與主磁通同相； 大小大?。号c電源電壓和頻率、線圈匝數(shù)、磁路材質(zhì)及幾何尺寸有關(guān)，用空載電與電源電壓和頻率、線圈匝數(shù)、磁路材質(zhì)及幾何尺寸有關(guān)，用空載電 流百分?jǐn)?shù)流百分?jǐn)?shù)I I0 0% %來表示來表示： 0 0 N 100 I I % I 與兩個(gè)分量的相量關(guān)系：與兩個(gè)分量的相量關(guān)系：I0 0= =I+ +IFE FE 通常通常IFEFE10%

6、10%I0 0，故，故I0 0I 3 3、空載電流波形、空載電流波形 由于磁路飽和，空載電流由于磁路飽和，空載電流 與由它產(chǎn)生的主磁通與由它產(chǎn)生的主磁通呈呈非非 線性關(guān)系。線性關(guān)系。 因此，因此，當(dāng)主磁通按正弦當(dāng)主磁通按正弦 規(guī)律變化時(shí)，規(guī)律變化時(shí)，空載電流空載電流 呈尖頂波形。呈尖頂波形。 實(shí)際空載電流為非正弦波，但為了分析、計(jì)算和測量的方便，在實(shí)際空載電流為非正弦波，但為了分析、計(jì)算和測量的方便，在 相量圖和計(jì)算式中常用正弦的電流代替實(shí)際的空載電流。相量圖和計(jì)算式中常用正弦的電流代替實(shí)際的空載電流。 t 0 i 32 1 1 2 3 0 i （二）空載損耗（二）空載損耗 空載損耗約占額定容

7、量的空載損耗約占額定容量的0.2%0.2%1%1%，而且隨變壓器容量的，而且隨變壓器容量的 增大而下降。為減少空載損耗，改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的方向是采用優(yōu)增大而下降。為減少空載損耗，改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的方向是采用優(yōu) 質(zhì)鐵磁材料：優(yōu)質(zhì)硅鋼片、激光化硅鋼片或應(yīng)用非晶態(tài)合金。質(zhì)鐵磁材料：優(yōu)質(zhì)硅鋼片、激光化硅鋼片或應(yīng)用非晶態(tài)合金。 變壓器空載運(yùn)行時(shí)，一次繞組從電源中吸取了少量的電變壓器空載運(yùn)行時(shí)，一次繞組從電源中吸取了少量的電 功率功率P0，主要用來補(bǔ)償鐵心中的鐵耗，主要用來補(bǔ)償鐵心中的鐵耗以及少量的繞組銅耗，以及少量的繞組銅耗， 可認(rèn)為可認(rèn)為P0 PFe。 一、空載運(yùn)行時(shí)的物理情況一、空載運(yùn)行時(shí)的物理情況 變壓器

8、的變壓器的空載運(yùn)行空載運(yùn)行是指變壓器一次繞組接在額定電是指變壓器一次繞組接在額定電 壓的交流電源上，而二次繞組開路時(shí)的工作情況。壓的交流電源上，而二次繞組開路時(shí)的工作情況。 1U 2U 1u 2u u1 i0 主磁通主磁通 當(dāng)變壓器的一次繞組加上交流電壓當(dāng)變壓器的一次繞組加上交流電壓u1時(shí)，一次繞組內(nèi)便有一時(shí)，一次繞組內(nèi)便有一 個(gè)交變電流個(gè)交變電流i0（即空載電流）流過（即空載電流）流過, ,并建立交變磁場。并建立交變磁場。 N1 N2 11漏磁漏磁 通通 根據(jù)電磁感應(yīng)原理，分別在一、二次繞組產(chǎn)生電動(dòng)勢根據(jù)電磁感應(yīng)原理，分別在一、二次繞組產(chǎn)生電動(dòng)勢e e1 1、e e11 和和e e2 2。

9、e e11 e e1 1 e e2 2 i2=0 u02 主、漏磁通的區(qū)別主、漏磁通的區(qū)別 (1) 性質(zhì)上性質(zhì)上 0與與I0成非線性關(guān)系，成非線性關(guān)系， 1與與I0成線性關(guān)系；成線性關(guān)系； (2) 數(shù)量上數(shù)量上 0占占99%以上，以上，1僅占僅占1%以下；以下； (3) 作用上作用上 0起傳遞能量的作用，起傳遞能量的作用， 1起漏抗壓降作用。起漏抗壓降作用。 根據(jù)基爾霍夫電壓定律，按上圖所示電壓、電流和電動(dòng)勢的根據(jù)基爾霍夫電壓定律，按上圖所示電壓、電流和電動(dòng)勢的 正方向，可寫出一、二次繞組的電動(dòng)勢方程式為：正方向，可寫出一、二次繞組的電動(dòng)勢方程式為： u1=i0R1- -e1- -e1 u02

10、=e2 在一般變壓器中，電阻壓降在一般變壓器中，電阻壓降i0R1很小，僅占一次繞組電壓很小，僅占一次繞組電壓 的的0.1%0.1%以下，故可近似認(rèn)為以下，故可近似認(rèn)為u1e1。 tsin m 設(shè)設(shè) 00 1111 2-9090 mm d eNfN sin(t)Esin() dt t 則則 11 4.44 m EfN 有效值有效值 同理，同理，e2=2=2fN2msin( (t t-90)=-90)=E2msin（t-90-90） 有效值有效值 E2=4.444.44fN2m 1 . E mfNj144.4 2 . E mfNj244.4 相量表達(dá)式相量表達(dá)式 因此，可得出：因此，可得出：E1/

11、E2= =N1/N2U1/U2= =k 定義定義 11 2 11 2022 N N UUEN k ENUU 式中式中k為變壓器的電壓比，即變比。為變壓器的電壓比，即變比。 根據(jù)主電動(dòng)勢根據(jù)主電動(dòng)勢e1的分析方法，同樣有的分析方法，同樣有 111 4.44 m EjfN 111 4.44 EfN 漏電動(dòng)勢也可以用漏電動(dòng)勢也可以用漏抗壓降漏抗壓降來表示，即來表示，即 11001 EjL IjI X 由于漏磁通主要經(jīng)過非鐵磁路徑由于漏磁通主要經(jīng)過非鐵磁路徑, ,磁路不飽和磁路不飽和, ,故磁阻很大且為故磁阻很大且為 常數(shù)常數(shù), ,所以漏電抗所以漏電抗 很小且為常數(shù)很小且為常數(shù), ,它不隨電源電壓負(fù)載

12、情況它不隨電源電壓負(fù)載情況 而變而變. . 1 X K1K1變壓器為降壓變壓器；變壓器為降壓變壓器； K1K 磁滯、渦流效應(yīng)磁滯、渦流效應(yīng) 建立空載磁通建立空載磁通 忽略漏阻抗壓降后有效值忽略漏阻抗壓降后有效值： m fNEU 111 44. 4 故：故： 1 1 1 1 44. 444. 4fN U fN E m 可知：影響主磁通大小的因素是電源電壓、電源頻率和可知：影響主磁通大小的因素是電源電壓、電源頻率和 一次側(cè)線圈的匝數(shù)，與鐵芯的材質(zhì)和幾何尺寸無關(guān)。一次側(cè)線圈的匝數(shù)，與鐵芯的材質(zhì)和幾何尺寸無關(guān)。 電勢方程：電勢方程： 1001 11 0 11 0 1 220 ()()m mm m m

13、UEI rj I x IRjxIrjx IZI Z UE 空載運(yùn)行小結(jié)空載運(yùn)行小結(jié) （1 1）感應(yīng)電動(dòng)勢）感應(yīng)電動(dòng)勢E的大小與電源頻率的大小與電源頻率f、繞組匝數(shù)、繞組匝數(shù)N及鐵心中主及鐵心中主 磁通的最大值磁通的最大值m m 成正比，在相位上滯后產(chǎn)生它的主磁通成正比，在相位上滯后產(chǎn)生它的主磁通9090度。度。 而而主磁通的大小由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝數(shù)決定，與主磁通的大小由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝數(shù)決定，與 磁路所用材料的性質(zhì)及幾何尺寸基本無關(guān)。磁路所用材料的性質(zhì)及幾何尺寸基本無關(guān)。 （3 3）空載電流大小與主磁通、線圈匝數(shù)及磁路的磁阻有關(guān)。鐵）空載電流大小與主磁通、線圈匝數(shù)及

14、磁路的磁阻有關(guān)。鐵 心的飽和程度越高，則磁導(dǎo)率越低，勵(lì)磁電抗越小，空載電流越心的飽和程度越高，則磁導(dǎo)率越低，勵(lì)磁電抗越小，空載電流越 大。因此要合理選擇鐵心截面，使磁通密度大。因此要合理選擇鐵心截面，使磁通密度B Bm m為最大。為最大。 （4 4）鐵心所用材料的導(dǎo)磁性能越好，則勵(lì)磁電抗越大，空載電）鐵心所用材料的導(dǎo)磁性能越好，則勵(lì)磁電抗越大，空載電 流越小。因此變壓器的鐵心均用高導(dǎo)磁的材料硅鋼片疊成。流越小。因此變壓器的鐵心均用高導(dǎo)磁的材料硅鋼片疊成。 （2 2）電抗是交變磁通所感應(yīng)的電動(dòng)勢與產(chǎn)生該磁通的電流的比）電抗是交變磁通所感應(yīng)的電動(dòng)勢與產(chǎn)生該磁通的電流的比 值，線性磁路中，電抗為常數(shù)，非線性電路中，電抗的大小隨磁值，線性磁路中，電抗為常數(shù)，非線性電路中，電抗的大小隨磁 路的飽和而減小。路的飽和而減小。 （5 5）氣隙對(duì)空載電流影響很大，氣隙越大，空載電流越大。因氣隙對(duì)空載電流影響很大，氣隙越大，空載電流越大。因 此要嚴(yán)格控制鐵心疊片接縫之間的氣隙。此要嚴(yán)格控制鐵心疊片接縫之間的氣隙。 小結(jié)小結(jié) （1 1）主磁通大小由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝數(shù)決定，）主磁通大小由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝數(shù)決定， 與磁路所用的材質(zhì)及幾何尺寸基本無關(guān)。與磁路所用的材質(zhì)及幾何尺寸基本無關(guān)。 （2 2）空載電流大小與主磁通、線圈匝數(shù)及磁路的磁阻