《電機(jī)技術(shù)應(yīng)用》課件 1.2.2 變壓器的負(fù)載運(yùn)行

變壓器的負(fù)載運(yùn)行變壓器

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(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，稱為負(fù)載運(yùn)行。什么是負(fù)載運(yùn)行Φ0電磁關(guān)系分析負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系磁動(dòng)勢(shì)磁通電動(dòng)勢(shì)一次繞組二次繞組

磁動(dòng)勢(shì)平衡方程

負(fù)載時(shí)，主磁通由變化后的一次繞組磁勢(shì)

、二次側(cè)繞組磁勢(shì)

共同作用。根據(jù)主磁通原理：

可見：當(dāng)外電壓U1和頻率f一定時(shí)，主磁通Φ在負(fù)載時(shí)仍基本保持不變。也可以說：負(fù)載時(shí)的合成磁動(dòng)勢(shì)

和空載時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)

相等。因此②①將②式移項(xiàng)，兩邊同除以N1得：由負(fù)載引起，稱一次電流的負(fù)載分量

磁動(dòng)勢(shì)平衡方程

由此可知，隨著負(fù)載電流

出現(xiàn)，產(chǎn)生二次側(cè)磁勢(shì)

，一次側(cè)磁勢(shì)由

增加到

，相應(yīng)的一次側(cè)電流從

增加到

，增加了一個(gè)負(fù)載分量

，

克服了二次側(cè)的去磁效應(yīng)，使鐵心中的主磁通由空載到負(fù)載時(shí)保持基本不變。電壓方程及等效電路副邊：原邊副邊漏阻抗原邊漏阻抗考慮到原、副邊繞組的電阻壓降i1r1、i2r2，得到一、二次繞組的電壓方程式。U1.I1.r1E1.r2U2.I2.E2.x1σx2σo1o2變壓器負(fù)載時(shí)的電路圖小結(jié)（1）在變壓器中存在著磁勢(shì)平衡和電勢(shì)平衡兩個(gè)基本關(guān)系，負(fù)載變化對(duì)一次側(cè)的影響是通過二次側(cè)磁勢(shì)起作用的。（2）當(dāng)二次側(cè)電流增加時(shí)，二次側(cè)磁勢(shì)趨向于改變鐵芯中的主磁通及感應(yīng)電勢(shì)E1，破壞了一次側(cè)的電壓平衡關(guān)系。此時(shí)一次側(cè)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)電流分量去抵償二次側(cè)磁勢(shì)的作用，使一次側(cè)電勢(shì)電壓間達(dá)到新的平衡。通過電勢(shì)與磁勢(shì)平衡的過程，能量從一次側(cè)傳遞到二次側(cè)。由等效電路可見：變壓器一、二次繞組的電路是獨(dú)立的，只有磁的聯(lián)系，沒有電的聯(lián)系，不便于計(jì)算，我們應(yīng)該想辦法將一、二次繞組建立聯(lián)系。常采用折算的方法，把兩個(gè)電路化成一個(gè)電路。折算是把二次側(cè)繞組匝數(shù)變換成一次側(cè)繞組的匝數(shù)，而不改變一、二次側(cè)繞組的電磁關(guān)系。折算不能影響非折算方的電壓、電流，鐵芯磁通以及有功和無功功率的大小。折算的原則：保持歸算前后繞組的磁效應(yīng)不變（磁勢(shì)不變）保持歸算前后有功和無功功率不變。顯然，只要想辦法將兩個(gè)繞組的感應(yīng)電勢(shì)變?yōu)橄嗟燃纯?，也就是將二次繞組匝數(shù)變?yōu)橐淮卫@組匝數(shù)，就可以得出原、副邊有聯(lián)系的統(tǒng)一等效電路。折算繞組的折算(副邊折算到原邊)1）二次側(cè)繞組電流的折算2）電動(dòng)勢(shì)和電壓的歸算電流折算原則：保持折算前后繞組的磁效應(yīng)不變（磁勢(shì)不變）根據(jù)電勢(shì)與匝數(shù)成正比關(guān)系得：繞組的折算(副邊折算到原邊)3）二次側(cè)阻抗的歸算根據(jù)二次側(cè)消耗的有功功率不變，得：根據(jù)二次側(cè)消耗的無功功率不變，得：根據(jù)二次側(cè)傳輸給負(fù)載的功率不變，得：繞組的折算(副邊折算到原邊)結(jié)論：（1）折算前后，二次側(cè)電流變化1/k倍（1）二次側(cè)電勢(shì)、電壓變化k倍（2）二次側(cè)電阻、阻抗、負(fù)載變化k2倍變壓器帶負(fù)載等效電路圖變壓器帶負(fù)載T型等效電路變壓器帶負(fù)載形等效電路簡化等效電路I0很小I1≈I2

U1.I1.r1x1E1.rmxmI0.r’2x’2U’z.E’2.相量圖※設(shè)：

U2=U20°U2'I2'

電感性負(fù)載

2E1=E2'R2'I2'jX2'I2'－E1I0－I2'I1R1I1jX1I1

1U1

電容性負(fù)載U2'I2'E1=E2'R2'I2'jX2'I2'I0－I2'U1

2－E1I1R1I1jX1I1

1

電阻性負(fù)載U2'I2'E1=E2'R2'I2'jX2'I2'I0－I2'U1－E1R1I1jX1I1

1I1相量圖

思考與練習(xí)1、運(yùn)行中的變壓器，能否根據(jù)其運(yùn)行的聲音來判斷運(yùn)行情況？答：變壓器可以根據(jù)運(yùn)行的聲音來判斷運(yùn)行情況。用木棒的一端放在變壓器的油箱上，另一端放在耳邊仔細(xì)聽聲音，如果是連續(xù)的嗡嗡聲比平常加重，就要檢查電壓和油溫，若無異狀，則多是鐵芯松動(dòng)；當(dāng)聽到吱吱聲時(shí)，要檢查套管表面是否有閃絡(luò)的現(xiàn)象；當(dāng)聽到噼啪聲時(shí)，則是內(nèi)部絕緣擊穿現(xiàn)象。2、變壓器繞組絕緣損壞是由哪些原因造成的？答：（1）線路短路故障。（2）長期過負(fù)荷運(yùn)行，絕緣嚴(yán)重老化。（3）繞組絕緣受潮。（4）繞組接頭或分接開關(guān)接頭接觸不良。（5）雷電波侵入，使繞組過電壓。思考與練習(xí)3、變壓器長時(shí)間在極限溫度下運(yùn)行有哪些危害？答：一般變壓器的主要絕緣是A級(jí)絕緣，規(guī)定最高使用溫度為105℃，變壓器在運(yùn)行中繞組的溫度要比上層油溫高10～15℃。如果運(yùn)行中的變壓器上層油溫總在80～90℃，也就是繞組經(jīng)常在95～105℃，就會(huì)因溫度過高使絕緣老化嚴(yán)重，加快絕緣油的劣化，影響使用壽命。

思考與練習(xí)4、變壓器鐵心中的磁動(dòng)勢(shì)，在空載和負(fù)載時(shí)比較，有哪些不同？思考與練習(xí)5、變壓器負(fù)載時(shí)，一、二次線圈中各有哪些電動(dòng)勢(shì)或電壓降，它們產(chǎn)生的原因是什么？寫出它們的表達(dá)式，并寫出電動(dòng)勢(shì)平衡方程？思考與練習(xí)6、有一臺(tái)額定容量為500kVA、額定電壓為380V/127V的控制變壓器，二次側(cè)接有127V、260W、功率因數(shù)為0.5的感性負(fù)載，求一、二次的額定電流。

解：由已知條件，得一、二次額定電流為I1N=SN/U1N=500/300=1.67(A)I2N=SN/U2N=500/127=3.94(A)當(dāng)二次側(cè)接有127V、260W、cosφ