變壓器的空載運(yùn)行

1、現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第一頁，共26頁2.2.1 2.2.1 電磁物理現(xiàn)象電磁物理現(xiàn)象當(dāng)變壓器的原繞組接交流電源當(dāng)變壓器的原繞組接交流電源 ，原繞組中流過交流電流。因副，原繞組中流過交流電流。因副繞組開路，一次側(cè)的電流為空載電流，用繞組開路，一次側(cè)的電流為空載電流，用 i i0 0 （i im m勵(lì)磁電流）勵(lì)磁電流）表示。空載電流全部用以激磁，產(chǎn)生交變磁勢(shì)表示?？蛰d電流全部用以激磁，產(chǎn)生交變磁勢(shì) f f0 0=i=i0 0N N1 1 ，建立交，建立交變磁通變磁通交變主磁通交變主磁通的作用下，在繞的作用下，在繞組的原、副邊中都感應(yīng)出感應(yīng)組的原、副邊中都感應(yīng)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì) e e1 1、e e2 2。

2、交變漏磁通交變漏磁通11將在原邊繞組中感應(yīng)出感應(yīng)電將在原邊繞組中感應(yīng)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)動(dòng)勢(shì) e e11。此外，空載電流還在原。此外，空載電流還在原邊繞組中產(chǎn)生電阻壓降邊繞組中產(chǎn)生電阻壓降 i i0 0R R1 1。1u0i2uaxAX1e2e11e2N1N2i現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二頁，共26頁u u1 1i i0 0F F0 0=i=i0 0N N1 11 e2 e1 e1i i0 0R R1 1漏磁通漏磁通11 ：主要沿非鐵磁材料（變壓器油或空氣）閉合，僅與：主要沿非鐵磁材料（變壓器油或空氣）閉合，僅與原線圈相交鏈。原線圈相交鏈。將磁通分為兩部分將磁通分為兩部分主磁通主磁通：沿鐵心閉合，同時(shí)與原副線圈相

3、交鏈，是變壓器傳遞能沿鐵心閉合，同時(shí)與原副線圈相交鏈，是變壓器傳遞能量的媒介量的媒介注：注：因磁導(dǎo)率的差異，主磁通占總磁通的絕大部分，漏磁因磁導(dǎo)率的差異，主磁通占總磁通的絕大部分，漏磁通只占很小的一部分，約通只占很小的一部分，約0.10.10.20.2?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁，共26頁主磁通和漏磁通在性質(zhì)上的差異主磁通和漏磁通在性質(zhì)上的差異由于鐵心材料存在飽和現(xiàn)象，主磁通與建立它的電流之由于鐵心材料存在飽和現(xiàn)象，主磁通與建立它的電流之間呈非線性關(guān)系，即與間呈非線性關(guān)系，即與i i不是正比關(guān)系。而漏磁通由于不是正比關(guān)系。而漏磁通由于沿非鐵磁材料閉合，與沿非鐵磁材料閉合，與i i呈線性關(guān)系呈線性關(guān)系在

4、電磁關(guān)系上，主磁通在原副繞組中感應(yīng)電勢(shì)，副方如果在電磁關(guān)系上，主磁通在原副繞組中感應(yīng)電勢(shì)，副方如果有負(fù)載，可傳遞電磁功率，起傳遞能量的媒介場的作用。有負(fù)載，可傳遞電磁功率，起傳遞能量的媒介場的作用。而漏磁通只交鏈原繞組，不能傳遞能量，只起到電壓降的而漏磁通只交鏈原繞組，不能傳遞能量，只起到電壓降的作用作用現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四頁，共26頁（1）先確定電源的正方向，電流的正方向與電源取關(guān)聯(lián)參考方向先確定電源的正方向，電流的正方向與電源取關(guān)聯(lián)參考方向。在負(fù)載支路，電流的正方向和電壓降的正方向一致；而在電源支。在負(fù)載支路，電流的正方向和電壓降的正方向一致；而在電源支路，電流的正方向和電勢(shì)的正方向一致。路，

5、電流的正方向和電勢(shì)的正方向一致。（2）磁通的正方向與產(chǎn)磁通的正方向與產(chǎn)生它的電流的正方向符合生它的電流的正方向符合右手螺旋定則。右手螺旋定則。i2=0e2e1i0u1u201e1N1N2xaXA（3）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向與產(chǎn)生它的磁通符合右手方向與產(chǎn)生它的磁通符合右手螺旋定則。螺旋定則。按習(xí)慣的方式規(guī)定正方向稱慣例，原則為：按習(xí)慣的方式規(guī)定正方向稱慣例，原則為：2.2.2 正方向的規(guī)定正方向的規(guī)定現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五頁，共26頁2.2.3 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電壓變比感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電壓變比假定磁通按正弦規(guī)律變化，即假定磁通按正弦規(guī)律變化，即m m sintsint11= =1m1msintsin

6、tm m 主磁通的最大值主磁通的最大值1m1m原邊漏磁通的最大值原邊漏磁通的最大值（1）電動(dòng)勢(shì)與磁通的關(guān)系）電動(dòng)勢(shì)與磁通的關(guān)系現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六頁，共26頁根據(jù)電磁感應(yīng)定律和正方向的規(guī)定，可得根據(jù)電磁感應(yīng)定律和正方向的規(guī)定，可得02222cos2sin(90 )mdeNNtEtdt 01111cos2sin(90 )mdeNNtEtdt 0111111cos2sin(90 )mdeNNtEtdt 1114.442mmNEfN2224.442mmNEfN111114.442mmNEfNE E1 1、E E2 2、E E11各電勢(shì)有各電勢(shì)有效值效值N N1 1、N N2 2原、副繞組原、副繞組的匝數(shù)

7、的匝數(shù)f f電源的頻率電源的頻率現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七頁，共26頁（2）變壓器的變比）變壓器的變比變壓器變比變壓器變比變壓器原方電勢(shì)與副方電勢(shì)之比，用符號(hào)變壓器原方電勢(shì)與副方電勢(shì)之比，用符號(hào) k k 表表示，即示，即1112224.444.44mmfNENkEfNN當(dāng)變壓器空載時(shí)，由于當(dāng)變壓器空載時(shí)，由于U U1 1EE1 1， U U2 2=E=E2 2 ，故可近似用原、副電壓，故可近似用原、副電壓之比作為變壓器的變比之比作為變壓器的變比1112202NNUEUkEUU注：注：在三相變壓器中，變比是指相電壓之比。將三相變壓器的線在三相變壓器中，變比是指相電壓之比。將三相變壓器的線電壓之比，稱線電壓

8、比電壓之比，稱線電壓比現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八頁，共26頁2.2.4 勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流空載時(shí)，空載電流建立了主磁通，所以空載電流就是空載時(shí)，空載電流建立了主磁通，所以空載電流就是激磁電流激磁電流（或（或勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流）。勵(lì)磁電流的大小和波形受磁路飽和、磁滯及渦流的）。勵(lì)磁電流的大小和波形受磁路飽和、磁滯及渦流的影響。影響。激磁電流激磁電流磁化電流磁化電流I I起磁化作用，為無起磁化作用，為無 功分量功分量鐵耗電流鐵耗電流I IFeFe對(duì)應(yīng)磁滯和渦流損耗，為對(duì)應(yīng)磁滯和渦流損耗，為有功分量有功分量現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九頁，共26頁（一）磁路飽和對(duì)勵(lì)磁電流的影響（一）磁路飽和對(duì)勵(lì)磁電流的影響（1） 磁路處于不飽

9、和狀態(tài)，磁化曲線為直線，當(dāng)磁通按磁路處于不飽和狀態(tài)，磁化曲線為直線，當(dāng)磁通按正弦規(guī)律變化，勵(lì)磁電流也按正弦規(guī)律變化。正弦規(guī)律變化，勵(lì)磁電流也按正弦規(guī)律變化。0.8mBT現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十頁，共26頁02).8(mBTII0190E 時(shí)，磁路飽和。當(dāng)時(shí)，磁路飽和。當(dāng)外加電壓外加電壓u u1 1為正弦波時(shí)，和為正弦波時(shí)，和它相平衡的電勢(shì)它相平衡的電勢(shì)e e1 1和磁通和磁通也為正弦波。由于鐵磁也為正弦波。由于鐵磁材料的磁化曲線非線性材料的磁化曲線非線性化，鐵心的飽和使激磁化，鐵心的飽和使激磁電流電流 i i0 0 畸變?yōu)榛優(yōu)榧忭敳忭敳?尖頂波可以分解為基波尖頂波可以分解為基波和和3 3、5 5、

10、7 7，諧波。諧波。諧波中以諧波中以3 3次諧波最為顯次諧波最為顯著。著。磁化電流磁化電流 和和 同相同相位，為無功電流，是勵(lì)位，為無功電流，是勵(lì)磁電流的主要成分，磁電流的主要成分， 滯后滯后12123344現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十一頁，共26頁( (二二) )磁滯現(xiàn)象對(duì)勵(lì)磁電磁滯現(xiàn)象對(duì)勵(lì)磁電流的影響流的影響實(shí)際中磁化曲線呈磁滯現(xiàn)象實(shí)際中磁化曲線呈磁滯現(xiàn)象，使激磁電流，使激磁電流 i i0 0 變?yōu)樽優(yōu)椴粚?duì)不對(duì)稱尖頂波。稱尖頂波。 不對(duì)稱尖頂波可以分解為不對(duì)稱尖頂波可以分解為對(duì)稱尖頂波對(duì)稱尖頂波 和磁滯電流和磁滯電流分量分量 ， 與與 同相同相位，是有功電流分量。位，是有功電流分量。hI1EIhI現(xiàn)在

11、學(xué)習(xí)的是第十二頁，共26頁( (二二) )渦流現(xiàn)象對(duì)勵(lì)磁電流的影響渦流現(xiàn)象對(duì)勵(lì)磁電流的影響渦流引起渦流引起渦流電流分量渦流電流分量 ， 與與 同相位，也是有功電流同相位，也是有功電流分量。分量。eI1E0F eheF eIIIIIIeI鐵耗電流分量鐵耗電流分量FeI現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁，共26頁2.2.5 勵(lì)磁特性的電路模型勵(lì)磁特性的電路模型與與 同相位，同相位， 滯后滯后 90900 0。引入電路參數(shù)。引入電路參數(shù)g gm m和和b bm m，將，將 、 和和 聯(lián)系起來。聯(lián)系起來。FeI1E11()()F emmIgEIjbE FeI式中：式中：gm 勵(lì)磁電導(dǎo)勵(lì)磁電導(dǎo) bm 勵(lì)磁電納勵(lì)磁電納

12、 勵(lì)磁導(dǎo)納勵(lì)磁導(dǎo)納I1EI1EmmmYgjb勵(lì)磁等效導(dǎo)納電路勵(lì)磁等效導(dǎo)納電路mbIFeI1EmImg現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十四頁，共26頁將并聯(lián)的導(dǎo)納參數(shù)換成串聯(lián)的阻抗參數(shù)將并聯(lián)的導(dǎo)納參數(shù)換成串聯(lián)的阻抗參數(shù)1222211mmmmmmmmmmmmmmgbEjgjbgbgbIrjxZEIZ注：參數(shù)注：參數(shù)rm是對(duì)應(yīng)鐵耗的等效電阻，是對(duì)應(yīng)鐵耗的等效電阻，稱為稱為激磁電阻激磁電阻（或勵(lì)磁電阻）（或勵(lì)磁電阻）參數(shù)參數(shù)xm是對(duì)應(yīng)于主磁路磁導(dǎo)的電抗，是對(duì)應(yīng)于主磁路磁導(dǎo)的電抗，稱稱勵(lì)磁電抗勵(lì)磁電抗Zm稱稱勵(lì)磁阻抗勵(lì)磁阻抗勵(lì)磁等效阻抗電路勵(lì)磁等效阻抗電路1E0Imrmx現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十五頁，共26頁漏抗是用來描述漏磁電

13、動(dòng)勢(shì)的電路參數(shù)。漏抗是用來描述漏磁電動(dòng)勢(shì)的電路參數(shù)。2.2.6 漏抗漏抗設(shè)：設(shè)：112 siniIt則：則：11sinmt1 1112mNLI1111 110Ej L Ijx Ijx I 注注：L L11 一次繞組的漏電感，為常數(shù)一次繞組的漏電感，為常數(shù)x x1 1LL11 一次一次原繞組的漏電抗，常數(shù)原繞組的漏電抗，常數(shù)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十六頁，共26頁2.2.7 電路方程、等效電路和相量圖電路方程、等效電路和相量圖按上面規(guī)定的正方向，可得空載時(shí)的原方電勢(shì)方程式按上面規(guī)定的正方向，可得空載時(shí)的原方電勢(shì)方程式1110 1eeui r 當(dāng)上述各物理量均為正弦量時(shí)，當(dāng)上述各物理量均為正弦量時(shí)，可用復(fù)數(shù)

14、形式可用復(fù)數(shù)形式1110 1()UEEI r 1110 1()ueei r 或或AxaXI I2 2E E2 2U U2 2I I0 0E E1 1E E11U U1 11 11 12 2110 10 1101UEI rjI xEI Z Z1=r1+jx1一次繞組的漏阻抗，為常數(shù)，數(shù)值較小一次繞組的漏阻抗，為常數(shù)，數(shù)值較小現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十七頁，共26頁11010 1101UEI RjI xEI Z 對(duì)電力變壓器，空載電流引起的漏阻抗壓降很小，所以有近對(duì)電力變壓器，空載電流引起的漏阻抗壓降很小，所以有近似似 u u1 1e e1 1，有時(shí)也將，有時(shí)也將e e1 1稱反電勢(shì)。稱反電勢(shì)。e e1 1

15、也可表示電壓降也可表示電壓降, ,用復(fù)數(shù)用復(fù)數(shù)表示表示11UE 在副方，因?yàn)殡娏髟诟狈?，因?yàn)殡娏鱥 i2 2為零，所以有為零，所以有空載運(yùn)行的電路方程：空載運(yùn)行的電路方程：110101101UEI RjI xEI Z 1mmEIZ0FemIIII202UE202UE現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十八頁，共26頁變壓器的電動(dòng)勢(shì)方程變?yōu)樽儔浩鞯碾妱?dòng)勢(shì)方程變?yōu)?10101()mUEI ZIZZ 得等效電路得等效電路各參數(shù)在數(shù)值上有各參數(shù)在數(shù)值上有 r1 x1； rm xm； r1 Rm ； x1 xm注：注：r rm m和和x xm m數(shù)值較大，且受鐵心飽和的影響，不是常數(shù)。但在數(shù)值較大，且受鐵心飽和的影響，不是常

16、數(shù)。但在變壓器正常運(yùn)行時(shí)，主磁通變壓器正常運(yùn)行時(shí)，主磁通m m變化不大，可近似看做常數(shù)。變化不大，可近似看做常數(shù)。1U1E0I1rmrmx1x現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十九頁，共26頁空載時(shí)的相量圖空載時(shí)的相量圖110 101101UEI rjI xEI Z 根據(jù)根據(jù)作空載時(shí)的相量圖作空載時(shí)的相量圖I II IFeI I0mE E1 1 E E2 2 - E- E1 1 U U1 1I I0r1jIjI0 x1 以主磁通以主磁通m為參考量；為參考量；I與與同相位；同相位；-E1加上與加上與 I0平行的平行的 I0r1和超前和超前 I0900的的jI0 x1，得，得 U1。E1和和E2滯后滯后m 900IF

17、e為代表鐵耗的有功分量，為代表鐵耗的有功分量，超前超前 900；I與與IFe兩者的相量和為兩者的相量和為 I0；現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十頁，共26頁根據(jù)根據(jù)做空載時(shí)的相量圖做空載時(shí)的相量圖I II IFeI I0mE E1 1 E E2 2 - E- E1 1 U U1 1I I0R1jIjI0 x1以主磁通以主磁通m m為參考量；為參考量；I I與與同相位；同相位；- -E E1 1加上與加上與I I0 0平行的平行的I I0 0R R1 1和超前和超前I I0 090900 0的的jIjI0 0 x x1 1，得得U U1 1。E E1 1和和E E2 2 滯后滯后m m 90900 0I IF

18、eFe為代表鐵耗的有功分量，為代表鐵耗的有功分量，超前超前 90900 0；I I與與I IFeFe兩者的相量和為兩者的相量和為I I0 0；110101101UEI RjI xEI Z 0 0空載時(shí)的相量圖空載時(shí)的相量圖現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十一頁，共26頁討討 論論Z Z1 1=r=r1 1+jX+jX1 1 - - 原繞組的漏阻抗原繞組的漏阻抗r r1 1是原繞組的實(shí)際電阻值，是原繞組的實(shí)際電阻值，X X1 1是原繞組的漏電抗，它反映是原繞組的漏電抗，它反映了了I I0 0 產(chǎn)生漏磁通并感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生漏磁通并感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E E11 的作用。由于漏磁路的作用。由于漏磁路是線性的，所以是常數(shù)。且有是線性的，所以是常數(shù)。且有 r r1 1X X1 1空載運(yùn)行的變壓器，可等效的視為阻抗空載運(yùn)行的變壓器，可等效的視為阻抗Z Z1 1和和Z Zm m串聯(lián)而成的串聯(lián)而成的電路電路現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十二頁，共26頁激磁阻抗激磁阻抗Z Zm m=r=rm mjxjxm mr rm m反映了反映了I I0 0 產(chǎn)生主磁通時(shí)鐵心中的鐵損耗（渦流損耗和磁滯產(chǎn)生主磁通時(shí)鐵心中的鐵損耗（渦流損耗和磁滯損耗）損耗）X Xm m反映了激磁電流反映了激磁電流I I0 0產(chǎn)生主磁通并感應(yīng)