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勵磁電流）勵磁電流）表示?？蛰d電流全部用以激磁，產(chǎn)生交變磁勢表示?？蛰d電流全部用以激磁，產(chǎn)生交變磁勢 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)電動勢電動勢 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)電動勢動勢 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，同時與原副線圈相

3、交鏈，是變壓器傳遞能沿鐵心閉合，同時與原副線圈相交鏈，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。現(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，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，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的正方向一致。路，

5、電流的正方向和電勢的正方向一致。（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)電動勢的正感應(yīng)電動勢的正方向與產(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)電動勢、電壓變比感應(yīng)電動勢、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）電動勢與磁通的關(guān)系）電動勢與磁通的關(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各電勢有各電勢有效值效值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與副方電勢之比，用符號變壓器原方電勢與副方電勢之比，用符號 k k 表表示，即示，即1112224.444.44mmfNENkEfNN當(dāng)變壓器空載時，由于當(dāng)變壓器空載時，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 勵磁電流勵磁電流空載時，空載電流建立了主磁通，所以空載電流就是空載時，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（或勵磁電流勵磁電流）。勵磁電流的大小和波形受磁路飽和、磁滯及渦流的）。勵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對應(yīng)磁滯和渦流損耗，為對應(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）磁路飽和對勵磁電流的影響（一）磁路飽和對勵磁電流的影響（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，勵磁電流也按正弦規(guī)律變化。正弦規(guī)律變化，勵磁電流也按正弦規(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，磁路飽和。當(dāng)時，磁路飽和。當(dāng)外加電壓外加電壓u u1 1為正弦波時，和為正弦波時，和它相平衡的電勢它相平衡的電勢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，是勵位，為無功電流，是勵磁電流的主要成分，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)象對勵磁電磁滯現(xiàn)象對勵磁電流的影響流的影響實際中磁化曲線呈磁滯現(xiàn)象實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Σ粚ΨQ尖頂波。稱尖頂波。 不對稱尖頂波可以分解為不對稱尖頂波可以分解為對稱尖頂波對稱尖頂波 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)象對勵磁電流的影響渦流現(xiàn)象對勵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 勵磁特性的電路模型勵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 勵磁電導(dǎo)勵磁電導(dǎo) bm 勵磁電納勵磁電納

12、 勵磁導(dǎo)納勵磁導(dǎo)納I1EI1EmmmYgjb勵磁等效導(dǎo)納電路勵磁等效導(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是對應(yīng)鐵耗的等效電阻，是對應(yīng)鐵耗的等效電阻，稱為稱為激磁電阻激磁電阻（或勵磁電阻）（或勵磁電阻）參數(shù)參數(shù)xm是對應(yīng)于主磁路磁導(dǎo)的電抗，是對應(yīng)于主磁路磁導(dǎo)的電抗，稱稱勵磁電抗勵磁電抗Zm稱稱勵磁阻抗勵磁阻抗勵磁等效阻抗電路勵磁等效阻抗電路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、動勢的電路參數(shù)。漏抗是用來描述漏磁電動勢的電路參數(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，可得空載時的原方電勢方程式按上面規(guī)定的正方向，可得空載時的原方電勢方程式1110 1eeui r 當(dāng)上述各物理量均為正弦量時，當(dāng)上述各物理量均為正弦量時，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 對電力變壓器，空載電流引起的漏阻抗壓降很小，所以有近對電力變壓器，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，有時也將，有時也將e e1 1稱反電勢。稱反電勢。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，因為電流在副方，因為電流i 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頁變壓器的電動勢方程變?yōu)樽儔浩鞯碾妱觿莘匠套優(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，主磁通變壓器正常運(yùn)行時，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頁空載時的相量圖空載時的相量圖110 101101UEI rjI xEI Z 根據(jù)根據(jù)作空載時的相量圖作空載時的相量圖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)做空載時的相量圖做空載時的相量圖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空載時的相量圖空載時的相量圖現(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是原繞組的實際電阻值，是原繞組的實際電阻值，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)電動勢產(chǎn)生漏磁通并感應(yīng)電動勢 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)生主磁通時鐵心中的鐵損耗（渦流損耗和磁滯產(chǎn)生主磁通時鐵心中的鐵損耗（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)