分析變壓器內(nèi)部的電磁過程

1、第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論l分析變壓器內(nèi)部的電磁過程。分析變壓器內(nèi)部的電磁過程。 l分析電壓、電流、磁勢、磁通、感應(yīng)電分析電壓、電流、磁勢、磁通、感應(yīng)電 勢、勢、功率、損耗等物理量之間的關(guān)系。功率、損耗等物理量之間的關(guān)系。 l建立變壓器的等效電路模型和相量圖。建立變壓器的等效電路模型和相量圖。 l利用等效電路計算分析變壓器的各種性能。利用等效電路計算分析變壓器的各種性能。 第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論6.1變壓器的空載運行電磁關(guān)系一、物理情況1U1EE120U0I2(I )11U2U1u2u0

2、2E10RI1U0I100NIF1E011E2E第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論 一次側(cè)接額定電壓一次側(cè)接額定電壓U1NU1N，二次側(cè)開路的運行狀態(tài)稱為，二次側(cè)開路的運行狀態(tài)稱為空載運空載運行（行（i i2 2=0=0）。）。 空載時一次側(cè)繞組中的電流空載時一次側(cè)繞組中的電流i i0 0為為空載空載( (或叫激磁或叫激磁) )電流電流，磁勢，磁勢F F0 0=I=I0 0N N1 1叫叫勵磁磁勢勵磁磁勢。 F F0 0產(chǎn)生的磁通分為兩部分，大部分以鐵心為磁路（主磁路），產(chǎn)生的磁通分為兩部分，大部分以鐵心為磁路（主磁路），同時與一次繞組同時與一次繞組N1N1和二次繞組和二次繞

3、組N N2 2匝鏈，并在兩個繞組中產(chǎn)生匝鏈，并在兩個繞組中產(chǎn)生電勢電勢e e1 1和和e e2 2，是傳遞能量的主要媒介，屬于工作磁通，稱為，是傳遞能量的主要媒介，屬于工作磁通，稱為主磁通主磁通。 另一部分磁通僅與原方繞組匝鏈，通過油或空氣形成閉路，另一部分磁通僅與原方繞組匝鏈，通過油或空氣形成閉路，屬于非工作磁通，稱為原方的屬于非工作磁通，稱為原方的漏磁通漏磁通11。 鐵心由高導(dǎo)磁硅鋼片制成，鐵心由高導(dǎo)磁硅鋼片制成，導(dǎo)磁系數(shù)導(dǎo)磁系數(shù)為空氣的導(dǎo)磁系數(shù)的為空氣的導(dǎo)磁系數(shù)的20002000倍以上倍以上，所以大部分磁通都在鐵心中流動，所以大部分磁通都在鐵心中流動，主磁通約主磁通約占總磁通的占總磁通的

4、9999以上以上，而漏磁通占總磁通的，而漏磁通占總磁通的1 1以下。以下。 e e1 1= -N= -N1 1 d/dt d/dte e2 2= -N= -N2 2 d/dt d/dte e11= -N= -N1 1 d d11/dt/dt第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論各電磁量參考方向的規(guī)定1 1）性質(zhì)上：）性質(zhì)上： 與與 成非線性關(guān)系；成非線性關(guān)系； 與與 成線性關(guān)系成線性關(guān)系；2 2）數(shù)量上：）數(shù)量上： 占占99%99%以上，以上， 僅占僅占1%1%以下以下；3 3）作用上：）作用上： 起傳遞能量的作用，起傳遞能量的作用， 起漏抗壓降作用。起漏抗壓降作用。0000I0

5、I111主磁通與漏磁通的區(qū)別主磁通與漏磁通的區(qū)別強調(diào)強調(diào)：磁通與產(chǎn)生它的電流之間符合右手螺旋定則；電動勢與感磁通與產(chǎn)生它的電流之間符合右手螺旋定則；電動勢與感應(yīng)它的磁通之間符合右手螺旋定則。應(yīng)它的磁通之間符合右手螺旋定則。第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論二、感應(yīng)電動勢分析 1.主磁通感應(yīng)的電動勢主磁通感應(yīng)的電動勢主電動勢主電動勢tsinm設(shè)0011112-9090mmdeNfN sin(t)Esin()dtt 則114.44mEfN 有效值114.44mEjfN 相量同理，二次主電動勢也有同樣的結(jié)論。同理，二次主電動勢也有同樣的結(jié)論。 可見，當主磁通按正弦規(guī)律變化時，所產(chǎn)生

6、的一次主電動可見，當主磁通按正弦規(guī)律變化時，所產(chǎn)生的一次主電動勢也按正弦規(guī)律變化，時間相位上滯后主磁通勢也按正弦規(guī)律變化，時間相位上滯后主磁通 。主電動勢。主電動勢的大小與電源頻率、繞組匝數(shù)及主磁通的最大值成正比。的大小與電源頻率、繞組匝數(shù)及主磁通的最大值成正比。090第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論2.漏磁通感應(yīng)的電動勢漏磁通感應(yīng)的電動勢漏電動勢漏電動勢漏電動勢也可以用漏抗壓降來表示，即漏電動勢也可以用漏抗壓降來表示，即根據(jù)主電動勢的分析方法，同樣有根據(jù)主電動勢的分析方法，同樣有1114.44mEjfN 1114.44EfN 11001EjL IjI X 由于漏磁通主要經(jīng)

7、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), ,它不隨電源電壓負載情況它不隨電源電壓負載情況而變而變. .1X第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論三.變壓器的變比k 和電壓比Ka) a) 變比變比k k：指變壓器：指變壓器1 1、2 2次繞組的電勢之比。次繞組的電勢之比。 k=Ek=E1 1/E/E2 2=(4.44fN=(4.44fN1 1m m)/(4.44fN)/(4.44fN2 2m m)=N)=N1 1/N/N2 2 變比變比k k等于匝數(shù)比。等于匝數(shù)

8、比。 一次繞組的匝數(shù)必須符合一定條件：一次繞組的匝數(shù)必須符合一定條件： U U1 1 4.44 f N 4.44 f N1 1m m 4.44 f N 4.44 f N1 1B Bm mS S N N1 1UU1 1/4.44fB/4.44fBm mS S B Bm m的取值與變壓器性能有密切相關(guān)。的取值與變壓器性能有密切相關(guān)。 B Bm m熱軋硅鋼片熱軋硅鋼片1.111.111.5T1.5T；冷軋硅鋼片；冷軋硅鋼片1.51.51.7T1.7Tb)b)電壓比電壓比K K：指三相變壓器的線電壓之比：指三相變壓器的線電壓之比 在做三相變壓器聯(lián)結(jié)繞組試驗時用到電壓比在做三相變壓器聯(lián)結(jié)繞組試驗時用到電

9、壓比K K進行計進行計算。算。K=(UK=(UABAB/u/uabab+U+UBCBC/u/ubcbc+U+UCACA/u/ucaca)/3 )/3 第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論空載電流和空載損耗空載電流和空載損耗一、空載電流1. 作用與組成2、性質(zhì)和大小 性質(zhì)性質(zhì)：由于空載電流的無功分量遠大于有功分量，所以空載電由于空載電流的無功分量遠大于有功分量，所以空載電流主要是感性無功性質(zhì)流主要是感性無功性質(zhì)也稱勵磁電流；也稱勵磁電流；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)，用空載電流百分數(shù)關(guān)，用空載電流百分

10、數(shù)I I0 0% %來表示來表示：00N100II %I空載電流空載電流 包含兩個分量，一個是勵磁分量包含兩個分量，一個是勵磁分量 ，作用是建立磁，作用是建立磁場，另一個是鐵損耗分量場，另一個是鐵損耗分量 ，主要作用是供鐵損耗。，主要作用是供鐵損耗。0IaI0rI0第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論二、空載損耗 對于已制成變壓器，鐵損與磁通密度幅值的平方成正比，對于已制成變壓器，鐵損與磁通密度幅值的平方成正比，與電流頻率的與電流頻率的1.31.3次方成正比，即次方成正比，即 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

11、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。21.3mFePBf。，PP，RI。RIP,PFeFe耗耗即即空空載載損損耗耗近近似似為為鐵鐵損損所所以以均均很很小小和和由由于于和和繞繞組組銅銅損損耗耗耗耗供供給給鐵鐵損損電電源源吸吸收收少少量量有有功功功功率率變變壓壓器器空空載載時時一一次次側(cè)側(cè)從從 0101200第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論四、四、 空載時的電動勢方程、等效電路和相量圖空載時的

12、電動勢方程、等效電路和相量圖電動勢平衡方程和變比1 1、電動勢平衡平衡方程、電動勢平衡平衡方程（1 1）一次側(cè)電動勢平衡方程）一次側(cè)電動勢平衡方程1110110101110UEEI REI RjI XEZ I 1114.44mUEfN 忽略很小的漏阻抗壓降，并寫成有效值形式，有忽略很小的漏阻抗壓降，并寫成有效值形式，有11114.444.44mEUfNfN則 可見，影響主磁通大小的因素有可見，影響主磁通大小的因素有電源電壓電源電壓和和頻率頻率，以及，以及一次線圈的匝數(shù)一次線圈的匝數(shù)。重要公式第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論（2 2）二次側(cè)電動勢平衡方程）二次側(cè)電動勢平衡方程

13、220EU2 2、變比、變比定義定義112112022NNUUENkENUU 對三相變壓器，變比為一、二次側(cè)的相電動勢之比，近似對三相變壓器，變比為一、二次側(cè)的相電動勢之比，近似為額定相電壓之比，具體為為額定相電壓之比，具體為Y，d接線接線NNU3Uk21 NNUU3k21D，y接線接線第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論空載時的等效電路和相量圖空載時的等效電路和相量圖1 1、等效電路、等效電路100mmmEI (RjX)I Z 一次側(cè)的電動勢平衡方程為一次側(cè)的電動勢平衡方程為01101011I)jX(RI)jX(RZIEUmm空載時等效電路為空載時等效電路為即即等等效效用用電

14、電阻阻所所以以還還要要引引入入一一個個在在鐵鐵心心中中引引起起鐵鐵損損由由于于降降表表示示也也用用電電抗抗壓壓感感應(yīng)應(yīng)的的電電動動勢勢表表示示法法基基于于,PRI,R,P,E,XI jEFemmFe201101 第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論 X Xm m的物理意義的物理意義是：主磁通是：主磁通的電抗，反映了變壓器的電抗，反映了變壓器（電機）鐵心的導(dǎo)磁性能，代表了主通對電路的電（電機）鐵心的導(dǎo)磁性能，代表了主通對電路的電磁效應(yīng)。磁效應(yīng)。 RmRm是用來代表鐵耗的等效（虛擬的）電阻，稱為是用來代表鐵耗的等效（虛擬的）電阻，稱為勵勵磁電阻。磁電阻。R Rm m+jX+jXm

15、m= Z= Zm m則稱為則稱為勵磁阻抗勵磁阻抗。 用一個阻抗用一個阻抗(R(Rm m+jX+jXm m) )表示主磁通表示主磁通對變壓器的作用，對變壓器的作用，用另一個阻抗用另一個阻抗(R(R1 1+jX+jX11) )一次側(cè)繞組電阻一次側(cè)繞組電阻R R1 1和漏抗和漏抗X X11的作用，即可得到空載時變壓器的等效電路。的作用，即可得到空載時變壓器的等效電路。 R R1 1和和X X11受飽和程度的影響很小受飽和程度的影響很小，基本上保持不變。，基本上保持不變。 R Rm m和和X Xm m是隨著飽和程度的增大而減小是隨著飽和程度的增大而減小。 變壓器正常工作時，由于電源電壓變化范圍小，鐵變

16、壓器正常工作時，由于電源電壓變化范圍小，鐵心中主磁通的變化不大，勵磁阻抗心中主磁通的變化不大，勵磁阻抗Z Zm m也基本不變。也基本不變。第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論mmmZ,X,R勵磁電阻、勵磁電抗、勵磁阻抗。由于磁路具有飽勵磁電阻、勵磁電抗、勵磁阻抗。由于磁路具有飽和特性，所以和特性，所以 不是常數(shù)，隨磁路飽和程度增大而減不是常數(shù)，隨磁路飽和程度增大而減小。小。mmmjXRZ11XX,RRmm由于由于 ，所以有時忽略漏阻抗，空載等效電路只，所以有時忽略漏阻抗，空載等效電路只是一個是一個 元件的電路。在元件的電路。在 一定的情況下，一定的情況下， 大小取決于大小取決于

17、 的大小。從運行角度講，希望的大小。從運行角度講，希望 越小越好，所以變壓器常采用越小越好，所以變壓器常采用高導(dǎo)磁材料，增大高導(dǎo)磁材料，增大 ，減小，減小 ，提高運行效率和功率因數(shù)。，提高運行效率和功率因數(shù)。 mZmZ0I0ImZ1U0I第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論2 2、相量圖、相量圖根據(jù)前面所學的方程，可作根據(jù)前面所學的方程，可作出變壓器空載時的相量圖：出變壓器空載時的相量圖：（1 1）以）以 為參考相量為參考相量m（2 2） 與與 同相，同相， 滯后滯后 ，mar0III00090aI0rI01E（3 3） 滯后

18、滯后 ， ；090m21E,E1001XI j,IR（4 4）1U（5 5）maI0rI00I1E1E2E10XI j01IR1U第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論空載運行小結(jié)空載運行小結(jié)（1 1）一次側(cè)主電動勢與漏阻抗壓降總是與外施電壓平衡）一次側(cè)主電動勢與漏阻抗壓降總是與外施電壓平衡, ,若忽若忽略漏阻抗壓降，則一次主電勢的大小由外施電壓決定略漏阻抗壓降，則一次主電勢的大小由外施電壓決定. .（2 2）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)。

19、（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)，鐵心所用材料的導(dǎo)磁性能越好，空載電流越小。心所用材料的導(dǎo)磁性能越好，空載電流越小。（4 4）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。磁路的飽和而減小。第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論6.2 6.2 變壓器的負載運行變壓器的負載運行負載運行時的電磁關(guān)系負載運行時的電磁關(guān)系變壓器一次側(cè)

20、接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次接變壓器一次側(cè)接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次接上負載的運行狀態(tài)，稱為上負載的運行狀態(tài)，稱為負載運行負載運行。1U1E1E2U1I2I1m2EAXaxLZ22E一、變壓器負載磁勢平衡方程一、變壓器負載磁勢平衡方程第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論正方向規(guī)定：正方向規(guī)定： a.a.負載支路，電流正方向與壓降正方向一致；電負載支路，電流正方向與壓降正方向一致；電源支路，電流正方向與電動勢正方向一致。源支路，電流正方向與電動勢正方向一致。 b.b.磁通正方向與產(chǎn)生它的電流的正方向符合右手磁通正方向與產(chǎn)生它的電流的正方向符合右手螺旋定則

21、。螺旋定則。 c.c.感應(yīng)電動勢的正方向與產(chǎn)生它的磁通正方向符感應(yīng)電動勢的正方向與產(chǎn)生它的磁通正方向符合右手螺旋定則。合右手螺旋定則。 E E1 1和和 E E2 2正方向指電位升的方向。正方向指電位升的方向。第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論 一次側(cè)接電源一次側(cè)接電源U U1 1，二次側(cè)接負載，二次側(cè)接負載Z ZL L，此時二次側(cè)，此時二次側(cè)流過電流流過電流I I2 2。一次側(cè)電流不再是。一次側(cè)電流不再是I I0 0， 而是變?yōu)槎亲優(yōu)镮 I1 1，這就是變壓器的負載運行情況。這就是變壓器的負載運行情況。 負載后，二次側(cè)電流產(chǎn)生磁勢負載后，二次側(cè)電流產(chǎn)生磁勢F F2 2=N

22、=N2 2I I2 2，該磁勢將，該磁勢將力圖改變磁通力圖改變磁通，而磁通是由電源電壓決定的，而磁通是由電源電壓決定的， 也就是說也就是說基本不變?；静蛔?。 要維持要維持不變，一次繞組的電流將由原來的不變，一次繞組的電流將由原來的I I0 0變變?yōu)闉镮 I1 1。I I1 1產(chǎn)生磁勢產(chǎn)生磁勢F F1 1= I= I1 1N N1 1，F(xiàn) F1 1與與F F2 2共同作用產(chǎn)生共同作用產(chǎn)生， F F1 1+F+F2 2的作用相當于空載磁勢的作用相當于空載磁勢F F0 0，也即激磁磁，也即激磁磁勢勢F Fm m。 第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論11IR11E22IR22E1U

23、1I2I2U11 1FN I22 2FN I01 0FN I01E2E用圖示負載運行時的電磁過程用圖示負載運行時的電磁過程第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論磁動勢平衡方程120FFF或112210N IN IN I 電磁關(guān)系將一、二次聯(lián)系起來電磁關(guān)系將一、二次聯(lián)系起來, ,二次電流增加或減少必然引二次電流增加或減少必然引起一次電流的增加或減少起一次電流的增加或減少. .:,U,U.FF;F,因因此此有有磁磁動動勢勢平平衡衡方方程程大大小小基基本本不不變變由由空空載載到到負負載載不不變變保保持持只只要要大大小小主主要要取取決決于于共共同同作作用用產(chǎn)產(chǎn)生生次次磁磁動動勢勢和和二二

24、負負載載時時一一次次磁磁動動勢勢產(chǎn)產(chǎn)生生主主磁磁通通一一次次磁磁動動勢勢空空載載時時011002100用電流形式表示用電流形式表示LII)kI(II)NN(II102021201。,I;,I:L作用作用它起平衡二次磁動勢的它起平衡二次磁動勢的另一個是負載分量另一個是負載分量產(chǎn)生主磁通產(chǎn)生主磁通它用來它用來一個是勵磁電流一個是勵磁電流兩個分量兩個分量變壓器的負載電流包括變壓器的負載電流包括表明表明10第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論二、電動勢平衡方程根據(jù)基爾霍夫電壓定律可寫出一、二次側(cè)電動勢平衡方程根據(jù)基爾霍夫電壓定律可寫出一、二次側(cè)電動勢平衡方程111111111ZIEXI

25、 jRIEU222222222ZIEXI jRIEU LZIU22負載運行時負載運行時, ,忽略空載電流有忽略空載電流有: :1221211或NNkIIkII表明，一、二次電流比近似與匝數(shù)成反比?？梢?，匝數(shù)不表明，一、二次電流比近似與匝數(shù)成反比?？梢?，匝數(shù)不同，不僅能改變電壓，同時也能改變電流。同，不僅能改變電壓，同時也能改變電流。第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論6.3 6.3 等效電路及相量圖等效電路及相量圖一、折算折算原則折算原則：1 1）保持二次側(cè)磁動勢不變；保持二次側(cè)磁動勢不變；2 2）保持二次側(cè)各功率）保持二次側(cè)

26、各功率或損耗不變。或損耗不變。22122 EkEEUkU 22IIk222222 2LLrk rxk xZk Z方法方法：（將二次側(cè)折算到一次側(cè)（將二次側(cè)折算到一次側(cè)) )折算：折算：將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個繞組將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個繞組(N(N2 2=N=N1 1) )來來等效，同時對該繞組的電磁量作相應(yīng)的變換，以保持兩側(cè)的電磁等效，同時對該繞組的電磁量作相應(yīng)的變換，以保持兩側(cè)的電磁關(guān)系不變關(guān)系不變, ,用一個等效的電路代替實際的變壓器。用一個等效的電路代替實際的變壓器。第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論兩個繞組可以合并成一個繞組，看作有勵磁電流流

27、過兩個繞組可以合并成一個繞組，看作有勵磁電流流過I Im m=I=I1 1+I+I2 2II0 0相當于一個鐵心電感線圈，相當于一個鐵心電感線圈，等值阻抗等值阻抗Z Zm m = (R = (Rm m+jX+jXm m) )代替，消耗代替，消耗R R1 1 ，R R2 2功率損耗分別代表功率損耗分別代表原副繞組的銅損耗，原副繞組的銅損耗，消耗消耗RmRm功率損耗代表功率損耗代表鐵鐵損耗損耗，U U1 1I I1 1輸入視在功率輸入視在功率；U U2 2II2 2 輸出視在功率輸出視在功率E E1 1I I1 1=E=E2 2II2 2=E=E2 2I I2 2原邊通過電磁感應(yīng)傳遞給副邊的原邊通

28、過電磁感應(yīng)傳遞給副邊的電磁視在功率電磁視在功率。第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論折算后的方程式為折算后的方程式為111111111ZIEXI jRIEU 222222222ZIEXI jRIEU 021III12EE01IZEmLZIU22第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論二、變壓器負載運行時的等效電路根據(jù)折算后的方程，可以作出變壓器的等效電路。根據(jù)折算后的方程，可以作出變壓器的等效電路。T T型等效電路型等效電路：近似等效電路近似等效電路1R1X2R2XmRmX1U2ULZ2I1I0I1R1X2R2X21IIL1I1U2ULZ第第 6 6 章章 變壓器的

29、基本理論變壓器的基本理論簡化等效電路：簡化等效電路：其中121SS2SSSRRRXXXZRjX分別稱為分別稱為短路電阻短路電阻、短路短路電抗電抗和和短路阻抗短路阻抗。 由簡化等效電路可知，短路阻抗起限制短路電流的作用，由簡化等效電路可知，短路阻抗起限制短路電流的作用，由于短路阻抗值很小，所以變壓器的短路電流值較大，一般由于短路阻抗值很小，所以變壓器的短路電流值較大，一般可達額定電流的可達額定電流的10102020倍。倍。1U2ULZ2II1SRSX第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論三、相量圖作相量圖的步驟作相量圖的步驟對對應(yīng)應(yīng)T T型等效電路，型等效電路， 假定假定變壓器帶感

30、性負載變壓器帶感性負載。0190)6Em超前0)7 I)() 8201III11)11IjX1)12 U22 I ) 223RI )224IXj )12) 5EE1)9E21 U)11)10RI第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論作相量圖的步驟（假定帶感性負載）作相量圖的步驟（假定帶感性負載）對應(yīng)簡化等效電路對應(yīng)簡化等效電路212112212SSUI ZIIUUI RjX I 由等效電路可知由等效電路可知根據(jù)方程可作出簡化相量圖根據(jù)方程可作出簡化相量圖21II2USRI1SXI j11U2思考思考題題 作出變壓器帶上不同性質(zhì)作出變壓器帶上不同性質(zhì)負載時的簡化相量圖負載時的簡化相

31、量圖? ?第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論6.4 6.4 變壓器的參數(shù)測定變壓器的參數(shù)測定一、一、空載實驗空載實驗1、目的：通過測量空載電流和一、二次電壓及空載功率來計算通過測量空載電流和一、二次電壓及空載功率來計算變比、空載電流百分數(shù)、鐵損和勵磁阻抗變比、空載電流百分數(shù)、鐵損和勵磁阻抗。2、接線圖、接線圖3、要求及分析FepP,XR) 0113即即和和忽忽略略WAVV*1 1）低壓側(cè)加電壓，高壓側(cè)開路；）低壓側(cè)加電壓，高壓側(cè)開路；曲曲線線和和畫畫出出和和測測出出向向調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)范范圍圍內(nèi)內(nèi)單單方方在在電電壓壓)U(fP)U(fI,PI ,U,U.U)N101000201210

32、2 第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論1002022NmmmmmUZIPRIXZR201001100NNUkUII %I4 4）求出參數(shù)）求出參數(shù)5 5）空載電流和空載功率必須是額定電壓時的值，并以此求）空載電流和空載功率必須是額定電壓時的值，并以此求取勵磁參數(shù)；取勵磁參數(shù)；6 6）若要得到高壓側(cè)參數(shù)，須折算）若要得到高壓側(cè)參數(shù)，須折算；7 7）對三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值；）對三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為相值；第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論二、二、 短路實驗短路實驗1.目的：通過測量短路電流、短路電壓及短路功率來計算變

33、壓器通過測量短路電流、短路電壓及短路功率來計算變壓器的短路電壓百分數(shù)、銅損和短路阻抗。的短路電壓百分數(shù)、銅損和短路阻抗。2. 接線圖3. 要求及分析1 1）高壓側(cè)加電壓，低壓側(cè)短）高壓側(cè)加電壓，低壓側(cè)短路；路；WAV*;)U(fP)U(fI,PI ,U,I.I,)SSSSSSSNS曲曲線線和和畫畫出出和和測測出出對對應(yīng)應(yīng)的的范范圍圍內(nèi)內(nèi)變變化化在在讓讓短短路路電電流流通通過過調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)電電壓壓 31023 3）同時記錄實驗室的室溫；）同時記錄實驗室的室溫；4 4）由于外加電壓很小，主磁通很少，）由于外加電壓很小，主磁通很少，鐵損耗很少，忽略鐵損，認為鐵損耗很少，忽略鐵損，認為 。CuSpP 第第

34、 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論5 5）參數(shù)計算）參數(shù)計算122122ssNssNsSNSsNsssUUZIIPPRIIXZR對對T T型等效電路：型等效電路：ssXXXRRR21212121四、短路電壓短路時，當短路電流為額定值時一次所加的短路時，當短路電流為額定值時一次所加的電壓，稱為短路電壓，記作電壓，稱為短路電壓，記作NSSNIZU1750C短路電壓也稱為阻抗電壓短路電壓也稱為阻抗電壓。6 6）溫度折算：電阻應(yīng)換算到基準工作溫度）溫度折算：電阻應(yīng)換算到基準工作溫度時的數(shù)值。時的數(shù)值。8 8）對三相變壓器，各公式中的電壓、電流）對三相變壓器，各公式中的電壓、電流和功率均為

35、相值；和功率均為相值；7 7）若要得到低壓側(cè)參數(shù)，須折算；）若要得到低壓側(cè)參數(shù)，須折算；第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論短路電壓常用百分值表示短路電壓常用百分值表示%URI%)(NCSN0100u :1751sa 分量百分值分量百分值有功有功短路電壓電阻短路電壓電阻%UXI%)(NSN100u :11sa 分量百分值分量百分值無功無功抗抗短路電壓電短路電壓電 短路電壓的大小直接短路電壓的大小直接反映短路阻抗的大小，而反映短路阻抗的大小，而短路阻抗又直接影響變壓短路阻抗又直接影響變壓器的運行性能。器的運行性能。 從正常運行角度看，從正常運行角度看，希望短路電壓小些，這樣希望短

36、路電壓小些，這樣可使副邊電壓隨負載波動可使副邊電壓隨負載波動小些；從限制短路電流角小些；從限制短路電流角度，希望它大些，相應(yīng)的度，希望它大些，相應(yīng)的短路電流就小些。短路電流就小些。%UZI%NCSN0100u :1751s 短短路路電電壓壓百百分分值值第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論三、 標么值 標么值標么值, ,就是指某一物理量的實際值與選定的同一單位的就是指某一物理量的實際值與選定的同一單位的基準值的比值基準值的比值, ,即即1、定義2、基準值的確定1 1）、通常以額定值為基準值。）、通常以額定值為基準值。 2 2）、各側(cè)的物理量以各自側(cè)的額定值為基準；）、各側(cè)的物理量

37、以各自側(cè)的額定值為基準； 線值以額定線值為基準值，相值以額定相值為基準值；線值以額定線值為基準值，相值以額定相值為基準值；單相值以額定單相值為基準值，三相值以額定三相值為基準值；單相值以額定單相值為基準值，三相值以額定三相值為基準值； .SSQ,P.ZZX,R.EUBB的的基基準準值值為為和和的的基基準準值值為為和和的的基基準準值值為為和和BU3 3）、）、標么值標么值= =實際值實際值基準值基準值第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論3、優(yōu)點01*mZI020*mPRI*sSNZU*sSNRP*NPcosN*NQsinN4、缺點標么值沒有單位，物理意義不明確。標么值沒有單位，物

38、理意義不明確。3 3）、折算前、后的標么值相等。線值的標么值）、折算前、后的標么值相等。線值的標么值= =相值的標么值；相值的標么值； 單相值的標么值單相值的標么值= =三相值的標么值；三相值的標么值； 1 1）、額定值的標么值為）、額定值的標么值為1 1。 2 2）、百分值）、百分值= =標么值標么值100% 100% ；4 4）、某些意義不同的物理量標么值相等）、某些意義不同的物理量標么值相等第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論6.5 變壓器運行時二次側(cè)電壓的變化和調(diào)壓裝置一、一、 電壓變化率電壓變化率用相量圖可以推導(dǎo)出電壓變化率的表達式用相量圖可以推導(dǎo)出電壓變化率的表達式

39、：定義：是指一次側(cè)加定義：是指一次側(cè)加50Hz50Hz額定電壓、二次空載電壓與帶負載后額定電壓、二次空載電壓與帶負載后在某功率因數(shù)下的二次電壓之差，與二次額定電壓的比值，即在某功率因數(shù)下的二次電壓之差，與二次額定電壓的比值，即 電壓變化率是表征變壓器運行性能的重要指標之一電壓變化率是表征變壓器運行性能的重要指標之一, ,它大小它大小反映了供電電壓的穩(wěn)定性。反映了供電電壓的穩(wěn)定性。2022222NNNUUUUUUU22*ssU(R cosX sin)式中式中NII22稱為負載系數(shù)稱為負載系數(shù) 由表達式可知，電壓變化率的大小與負載大小、性質(zhì)及由表達式可知，電壓變化率的大小與負載大小、性質(zhì)及變壓器的

40、本身參數(shù)有關(guān)。變壓器的本身參數(shù)有關(guān)。第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論121kUUI Z 1221NUUABABU 1U12II 2ULZKrKjx 用標幺值的簡化等值電路UAB感性負載簡化相量圖11U 1 KI r1KjI xB212II 22U1ADCK第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論12cos()kkUABI Z22U2IkkZ11U 1 KI r1KjI xB212II 22U1ADCK12222(coscossinsin)(cossin)kkkkkI ZRX第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論22(cossin)kkURX 時，

41、稱為額定電壓調(diào)整率，標志著變壓器的輸出電壓的穩(wěn)定程度。1U20202 變壓器的短路阻抗 越小， 也越小，供電電壓越穩(wěn)定。KZU第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論.,UcosRsinX.,U,)(;,U,)()(*s*s次次電電壓壓比比空空載載時時高高說說明明二二為為負負值值時時當當也也可可能能為為負負值值能能為為正正可可時時帶帶阻阻容容性性負負載載時時低低這這時時二二次次端端電電壓壓比比空空載載正正值值為為時時和和阻阻感感性性負負載載當當變變壓壓器器帶帶阻阻性性負負載載22222000 .),I(fU,特特性性稱稱為為變變壓壓器器的的外外即即規(guī)規(guī)律律變變化化的的二二次次端端電

42、電壓壓隨隨負負載載電電流流定定時時因因數(shù)數(shù)一一當當電電源源電電壓壓和和負負載載功功率率22 *2U)(*2I1.001.01cos28 . 0cos28 . 0)cos(2第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論二、 電壓調(diào)整 為了保證二次端電壓在允許范圍之內(nèi)為了保證二次端電壓在允許范圍之內(nèi), ,通常在變壓器的高通常在變壓器的高壓側(cè)設(shè)置抽頭壓側(cè)設(shè)置抽頭, ,并裝設(shè)分接開關(guān)并裝設(shè)分接開關(guān), ,調(diào)節(jié)變壓器高壓繞組的工作調(diào)節(jié)變壓器高壓繞組的工作匝數(shù)匝數(shù), ,來調(diào)節(jié)變壓器的二次電壓。來調(diào)節(jié)變壓器的二次電壓。 分接開關(guān)有兩種形式：一種只能在斷電情況下進行調(diào)節(jié)，稱分接開關(guān)有兩種形式：一種只能在

43、斷電情況下進行調(diào)節(jié)，稱為無載分接開關(guān)為無載分接開關(guān)-這種調(diào)壓方式稱為無勵磁調(diào)壓；另一種可這種調(diào)壓方式稱為無勵磁調(diào)壓；另一種可以在帶負荷的情況下進行調(diào)節(jié)，稱為有載分接開關(guān)以在帶負荷的情況下進行調(diào)節(jié)，稱為有載分接開關(guān)-這種調(diào)這種調(diào)壓方式稱為有載調(diào)壓。壓方式稱為有載調(diào)壓。 中、小型電力變壓器一般有三個分接頭，記作UN 5%。大型電力變壓器采用五個或多個分接頭,例UN 2x2.5%或UN 8x1.5%。第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論 負載所消耗的功率是變壓器從電源吸收電功率負載所消耗的功率是變壓器從電源吸收電功率后，經(jīng)原、副邊傳遞過來的，在能量傳遞過程，變后，經(jīng)原、副邊傳遞過來的

44、，在能量傳遞過程，變壓器本身要有損耗。壓器本身要有損耗。Fep1cup2cup111 11osPmU I c22222osPm U I c2112cuFecuPPppp2P功率關(guān)系功率關(guān)系 (Power)1P第第 6 6 章章 變壓器的基本理論變壓器的基本理論6.66.6 變壓器損耗、效率及效率特性變壓器損耗、效率及效率特性 鐵損耗與外加電壓大小有關(guān)，而與負載大小基本無關(guān)，故鐵損耗與外加電壓大小有關(guān)，而與負載大小基本無關(guān)，故也稱為不變損耗。也稱為不變損耗。一、變壓器的損耗 銅損耗銅損耗分基本銅損耗和附加銅損耗?；俱~損耗是在電流分基本銅損耗和附加銅損耗?；俱~損耗是在電流在一、二次繞組直流電阻上的損耗；附加損耗包括因集膚效應(yīng)在一、二次繞組直流電阻上的損耗；附加損耗包括因集膚效應(yīng)引起的損耗以及漏磁場在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。引起的損耗以及漏磁場在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。變壓器的損耗主要是變壓器的損耗主要是鐵損耗鐵損耗和和銅損耗銅損耗兩種。兩種。 鐵損耗鐵損耗包括基本鐵損耗和附加鐵損耗?；捐F損耗為磁滯包括基本鐵