變壓器空載運行

1、變壓器的空載運行變壓器的空載運行變壓器的空載運行變壓器的空載運行 原邊加額定電壓，副邊開路、負(fù)載電流為零時的運行原邊加額定電壓，副邊開路、負(fù)載電流為零時的運行情況，稱為變壓器的情況，稱為變壓器的空載運行空載運行。一、電磁關(guān)系分析一、電磁關(guān)系分析me1e2e11u1u2i0i2=0變壓器空載運行變壓器空載運行正方向規(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)生該電動勢的磁通方向之間符合）感應(yīng)電勢正

2、方向與產(chǎn)生該電動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)生該電動勢的磁通正方產(chǎn)生該電動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勢正方向一致；）副邊繞組電流正方向與副邊繞組電動勢正方向一致；（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，注意： （1 1）正方向規(guī)定可以任意正方向規(guī)定

3、可以任意 （2 2）通常原邊按電動機慣例對待，副邊按發(fā)電機慣例通常原邊按電動機慣例對待，副邊按發(fā)電機慣例 （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.11111UEEI r 副繞組：空載時，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：用來勵磁，一方面：用來勵磁，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)-也稱勵磁電流；也稱勵磁電流；大?。号c電源電壓和頻率、線圈匝數(shù)、磁路材質(zhì)

4、大小：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)。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包含兩個分量：包含兩個分量：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)也稱也稱勵磁電流勵磁電流。 另一個是鐵損耗分量另一個是鐵損耗分量iFeFe, ,稱為鐵耗電流，主要作用是供鐵損耗（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

5、耗），超前于主磁通9090度。度。 一個是勵磁分量一個是勵磁分量( (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：00N100II %I與兩個分量的相量關(guān)系：與兩個分量的相量關(guān)系：I0 0= =I+ +IFE FE 通常通常IFEFE10%10%I0 0，故，故I0 0I3 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

6、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，規(guī)律變化時，空載電流空載電流呈尖頂波形。呈尖頂波形。實際空載電流為非正弦波，但為了分析、計算和測量的方便，在實際空載電流為非正弦波，但為了分析、計算和測量的方便，在相量圖和計算式中常用正弦的電流代替實際的空載電流。相量圖和計算式中常用正弦的電流代替實際的空載電流。t0i3211230i（二）空載損耗（二）空載損耗 空載損耗約占額定容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，改進設(shè)計結(jié)構(gòu)的方向是采用優(yōu)增大而

7、下降。為減少空載損耗，改進設(shè)計結(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。 變壓器空載運行時，一次繞組從電源中吸取了少量的電變壓器空載運行時，一次繞組從電源中吸取了少量的電功率功率P0，主要用來補償鐵心中的鐵耗，主要用來補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、空載運行時的物理情況一、空載運行時的物理情況 變壓器的變壓器的空載運行空載運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，而二次繞組開路時的工作情況。壓的交流電源上，而二次繞組開路時的

8、工作情況。1U2U1u2uu1i0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，一次繞組內(nèi)便有一時，一次繞組內(nèi)便有一個交變電流個交變電流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。N1N211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)生電動勢根據(jù)電磁感應(yīng)原理，分別在一、二次繞組產(chǎn)生電動勢e e1 1、e e11和和e e2 2。e e11e e1 1e e2 2i2=0u02 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

9、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、電流和電動勢的正方向，可寫出一、二次繞組的電動勢方程式為：正方向，可寫出一、二次繞組的電動勢方程式為：u1=i0R1- -e1- -e1 u02=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。tsinm設(shè)設(shè)0011112-90

10、90mmdeNfN sin(t)Esin()dtt 則則114.44mEfN 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=4.444.44fN2m1.EmfNj144.42.EmfNj244.4相量表達式相量表達式因此，可得出：因此，可得出：E1/E2= =N1/N2U1/U2= =k定義定義112112022NNUUENkENUU 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)主電動勢根據(jù)主電動勢e1的分析方法，同樣有的分析方法，同樣有1114.44mEjfN 1114.44EfN 漏

11、電動勢也可以用漏電動勢也可以用漏抗壓降漏抗壓降來表示，即來表示，即11001EjL 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)載情況它不隨電源電壓負(fù)載情況而變而變. .1XK1K1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：mfNEU11144. 4故：故：111144. 444. 4fNUfNEm可知：影響主磁通大小的因素是電源電

12、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：10011101101220()()mmmmmUEI rj I xIRjxIrjxIZI ZUE 空載運行小結(jié)空載運行小結(jié)（1 1）感應(yīng)電動勢）感應(yīng)電動勢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

13、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，則勵磁電抗越大，空載電）鐵心所用材料的導(dǎo)磁性能越好，則勵磁電抗越大，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

14、。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）氣隙對空載電流影響很大，氣隙越大，空載電流越大。因氣隙對空載電流影響很大，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)及磁路的磁阻有關(guān)，鐵）空