变压器空载运行

1、第第5章章 变压器变压器概述概述变压器空载运行变压器空载运行变压器负载运行变压器负载运行标幺值标幺值变压器的参数测定变压器的参数测定变压器的运行特性变压器的运行特性变压器的连接组别变压器的连接组别变压器的并联运行变压器的并联运行自耦变压器自耦变压器仪用互感器仪用互感器本章基本要求本章基本要求了解变压器的基本结构、工作原理了解变压器的基本结构、工作原理熟悉单相变压器空载、负载运行时的电磁熟悉单相变压器空载、负载运行时的电磁关系及磁动势平衡方程的意义关系及磁动势平衡方程的意义掌握变压器的等效电路以及参数测定方法掌握变压器的等效电路以及参数测定方法掌握变压器的运行特性掌握变压器的运行特性了解三相变压

2、器磁路特点，掌握三相变压了解三相变压器磁路特点，掌握三相变压器联结组号确定的方法器联结组号确定的方法5.1 概述概述简单的单相变压器：两个线圈没有电的直接联系，简单的单相变压器：两个线圈没有电的直接联系， 只有磁只有磁的耦合。的耦合。一次绕组一次绕组（原绕组或初级绕组）：（原绕组或初级绕组）：两个线圈中接交流电源的线圈，两个线圈中接交流电源的线圈， 其匝数为其匝数为N1二次绕组二次绕组（副绕组或次级绕组）：（副绕组或次级绕组）： 接到用电设备上的线圈，其匝数接到用电设备上的线圈，其匝数为为N2变压器是输送交流电时所使用的一种变电压和变电流的设变压器是输送交流电时所使用的一种变电压和变电流的设备

3、，它能将一种绕组的电压和电流从某种数量等级改变为备，它能将一种绕组的电压和电流从某种数量等级改变为另一种绕组的另外一种等级的电压和电流。另一种绕组的另外一种等级的电压和电流。 变压器变压器电源变压器电源变压器电力变压器电力变压器环形变压器环形变压器自耦调压器自耦调压器控制变压器控制变压器三相干式变压器三相干式变压器5.1.1 变压器的结构变压器的结构变压器的主要结构：铁心和绕组。变压器的主要结构：铁心和绕组。铁心是变压器的磁路部分；铁心是变压器的磁路部分；绕组是变压器的电路部分。绕组是变压器的电路部分。为了提高导磁性能和减少铁心内的磁滞损耗和涡流为了提高导磁性能和减少铁心内的磁滞损耗和涡流损耗

4、，损耗，铁心通常用铁心通常用0.35mm厚表面涂有绝缘漆的硅钢厚表面涂有绝缘漆的硅钢片冲成一定的形状叠装而成。片冲成一定的形状叠装而成。1、铁心、铁心1、铁心、铁心单相壳式变压器单相壳式变压器心式变压器迭片心式变压器迭片奇数层奇数层偶数层偶数层心式冷轧硅钢片迭片心式冷轧硅钢片迭片2、绕组、绕组绕组是变压器的电路部分，一般为绝缘扁铜线或绝缘圆铜绕组是变压器的电路部分，一般为绝缘扁铜线或绝缘圆铜线在绕线模上绕制而成线在绕线模上绕制而成单相和三相芯式变压器单相和三相芯式变压器3、其他结构部件、其他结构部件油箱；储油柜；散热器；油箱；储油柜；散热器；高、低压绝缘套管；油高、低压绝缘套管；油表；安全气道

5、；气体继表；安全气道；气体继电器；分接开关；温度电器；分接开关；温度计；吸湿器等等计；吸湿器等等5.1.2 变压器的型号和额定数据变压器的型号和额定数据额定容量额定容量SN：额定工作状态下的视在功率，用伏安（额定工作状态下的视在功率，用伏安（VA）等表示。等表示。额定电压额定电压U1N/U2N:U1N是电源加到一次绕组上的额定电压，是电源加到一次绕组上的额定电压，U2N是一次绕组加上额定电压后二次绕组开路即空载时是一次绕组加上额定电压后二次绕组开路即空载时二次绕组的端电压。对于三相变压器额定电压指线电压。二次绕组的端电压。对于三相变压器额定电压指线电压。 额定电流额定电流I1N、I2N：变压器

6、额定容量分别除以原、副边变压器额定容量分别除以原、副边额定电压所计算出来的线电流值。额定电压所计算出来的线电流值。 额定频率：额定频率：按我国规定，工业用电按我国规定，工业用电50Hz。单相：单相：NNNNNIUIUS221133NNNNNIUIUS2211三相：三相：5.2 变压器空载运行变压器空载运行1Um1E2E20U2I2U5.2.1 变压器各电磁量正方向变压器各电磁量正方向在同一支路内，电压与电流的正方向一致；在同一支路内，电压与电流的正方向一致；磁通正方向与电流正方向之间符合右手螺旋关系；磁通正方向与电流正方向之间符合右手螺旋关系；感应电动势与磁通之间满足电磁感应定律。感应电动势与

7、磁通之间满足电磁感应定律。dtdNeudtdNeu 222111；5.2.2 变压器空载运行变压器空载运行变压器空载运行：变压器空载运行：变压器的一次绕组加上额定电压，二次绕组变压器的一次绕组加上额定电压，二次绕组开路。开路。1U0Im11E2E20U1u0i100Nif 1sem 1s 1e2e10ri1、主磁通、漏磁通、主磁通、漏磁通2、主磁通感应电动势、主磁通感应电动势主磁通按正弦规律变化，主磁通按正弦规律变化，tm sin )2 sin( cos ) sin(11111 tEtNtdtdNdtdNemmm )2 sin( cos ) sin(22222 tEtNtdtdNdtdNemm

8、m 感应电动势在感应电动势在相位相位上滞后于主磁通上滞后于主磁通90度电角度度电角度，其，其有效值有效值为：为：mmmmmmmmfNfNNEEfNfNNEE 222221111144. 4222244. 42222 mmfNjEfNjE 221144. 444. 43、漏磁通感应电动势、漏磁通感应电动势2sin2sin111111 tEtNdtdNemssss tss sin11 1111111144. 42222sssmssfNfNNEE 2111ssNjE 00II0101IjXILjs 01112INLss 一次绕组漏自感一次绕组漏自感11sLX 一次绕组漏电抗一次绕组漏电抗121011

9、0101112)2(2sssNINININX 4、空载运行电压方程式、空载运行电压方程式10111RIEEUs1U0Im11E2E20U220EU)(11011jXRIEU101ZIE11EUmfNEU 11144. 421212144. 444. 4NNfNfNEEkmm I 0 5、励磁电流、励磁电流变压器中磁性材料的磁化曲线为非线性，变压器中磁性材料的磁化曲线为非线性， 在一定电压下，在一定电压下， 空载电流大小、波形取决于饱和度空载电流大小、波形取决于饱和度。 忽略空载损耗：忽略空载损耗：（1）当主磁通为正弦波时，）当主磁通为正弦波时， 磁路磁路越饱和，越饱和， 电流波形畸变严重。电流

10、波形畸变严重。（2）励磁电流与主磁通同相位。）励磁电流与主磁通同相位。 I0r建立空载运行时的磁场建立空载运行时的磁场励磁电流励磁电流I0a 引起损耗引起损耗 6、变压器空载运行的相量图、变压器空载运行的相量图7、变压器空载运行的等效电路、变压器空载运行的等效电路0011BI jEr0011GI jEaraIII000)(001jBGE0001)(jBGIE202000202000BGjBIBGGImmXI jRIE001)(mZI05.3 变压器的负载运行变压器的负载运行变压器一次绕组接电源，变压器一次绕组接电源， 二次绕组接负载，称为二次绕组接负载，称为负载运行负载运行。5.3.1 负载时

11、磁通势及一、二次电流关系负载时磁通势及一、二次电流关系2E20U2I=02E2U2I1I1I)(222LLLjXRIZIU5.3.1 负载时磁通势及一、二次电流关系负载时磁通势及一、二次电流关系102211NININI021FFF)(201FFF)(21201INNII)1(20IkILII0表明表明：变压器的一次电流分成两个分量，一个是励磁电流：变压器的一次电流分成两个分量，一个是励磁电流 ，用来产生主磁通；另一个是负载分量用来产生主磁通；另一个是负载分量 ，用来抵消二次绕组磁，用来抵消二次绕组磁通势的作用。通势的作用。0ILI)(221011NININI211IkI5.3.2 负载时的二次

12、电压电流的关系负载时的二次电压电流的关系 22222RIEEUs5.3.3 变压器的基本方程式变压器的基本方程式22222IjXILjEss 222ZIE)(2222jXRI jELmZIUZEIIkIIkEEZIEUZIEU22100212122221111电磁关系电磁关系2U1U1I111INF2I222INF010INFm 1E2E1s 1sE2s 2sE11RI22RI小结：小结：（1）各方程式不仅实用于单相变压器的稳定云顶，也适用于）各方程式不仅实用于单相变压器的稳定云顶，也适用于三相变压器的对称、稳态运行，全部电磁量都是指一相的；三相变压器的对称、稳态运行，全部电磁量都是指一相的；

13、（2）主磁通的幅值取决于外施电压的大小；）主磁通的幅值取决于外施电压的大小；（3）主磁路磁导大，励磁电抗）主磁路磁导大，励磁电抗Xm很大，很小的励磁电流就很大，很小的励磁电流就可产生较大的主磁通；可产生较大的主磁通；（4）漏磁路主要由非铁磁材料构成，故对应的漏电抗）漏磁路主要由非铁磁材料构成，故对应的漏电抗X1、X2数值很小；数值很小；5.3.4 折合算法折合算法当当k较大时，变压器一、二次侧电压相差很大，为计算和作较大时，变压器一、二次侧电压相差很大，为计算和作图带来不便。图带来不便。变压器一次侧和二次侧没有直接电路的联系，只有磁路的变压器一次侧和二次侧没有直接电路的联系，只有磁路的联系。二

14、次侧的负载电流通过磁通势影响一次侧。因此只要联系。二次侧的负载电流通过磁通势影响一次侧。因此只要保持二次侧的磁通势不变，一次侧的物理量没有改变。这为保持二次侧的磁通势不变，一次侧的物理量没有改变。这为绕组的折算提供了依据。绕组的折算提供了依据。绕组折算绕组折算：将变压器的二次（或一次）绕组用另一个绕组来：将变压器的二次（或一次）绕组用另一个绕组来等效，同时对该绕组的电磁量作相应的变换，以保持两侧的等效，同时对该绕组的电磁量作相应的变换，以保持两侧的电磁关系不变。电磁关系不变。折算原则折算原则：1）保持二次侧磁通势不变；保持二次侧磁通势不变；2）保持二次侧各）保持二次侧各功率或损耗不变。功率或损

15、耗不变。222INF折算原则折算原则：1）保持二次侧磁通势不变；保持二次侧磁通势不变；2）保持二次侧各）保持二次侧各功率或损耗不变。功率或损耗不变。21IN= =221221IkINNI1. 电动势换算关系电动势换算关系mfNjE 2244. 422212EkENNEmfNjE 1244. 42. 阻抗换算关系阻抗换算关系根据保持归算前后电阻铜耗及漏感中无功功率不变的根据保持归算前后电阻铜耗及漏感中无功功率不变的原则，可得：原则，可得：222222RIRI22222222RkRIIR222222XIXI22222222XkXIIX3. 端电压换算关系端电压换算关系2222ZIEU折合算法只是一

16、种折合算法只是一种分析的方法分析的方法。凡是单位为。凡是单位为伏伏的物理量的物理量（电动势、电压）的归算值等于原来数值（电动势、电压）的归算值等于原来数值乘乘k；单位为；单位为欧欧的的物理量（电阻、电抗、阻抗）的归算值等于原来数值物理量（电阻、电抗、阻抗）的归算值等于原来数值乘乘k2；电流电流的归算值等于原来的数值的归算值等于原来的数值乘以乘以1/k。2222ZIEU22221ZkIkEk)(222ZIEk2Uk5.3.5 等效电路等效电路（已没有变比（已没有变比k）二次绕组经折合后，二次绕组经折合后，基本方程式变为：基本方程式变为：LmZIUZEIIIIEEZIEUZIEU221002121

17、22221111折合后的基本方程式折合后的基本方程式5.3.5 等效电路等效电路T型等效电路型等效电路（1）电路中全部的量和参数都是每一相的值。一次侧为）电路中全部的量和参数都是每一相的值。一次侧为实际值，二次侧为折合值。实际值，二次侧为折合值。（2）等效的是稳态对称运行状态。）等效的是稳态对称运行状态。简化等效电路简化等效电路221212212121XkXXXXRkRRRRjXRZZZkkkkk5.3.6 相量图相量图相量图的画法，视变压器给定的和求解的具体条件。相量图的画法，视变压器给定的和求解的具体条件。 给定量和求解量不同，给定量和求解量不同， 画图步骤也不一样。画图步骤也不一样。 根

18、据变压器的根据变压器的T形等效电路，可画出相应的相量图。形等效电路，可画出相应的相量图。变压器接感性负载，变压器接感性负载， 负载阻抗由电阻和电感组成，负载阻抗由电阻和电感组成， 为滞后；为滞后； 接容性负载，接容性负载， 负载阻抗由电阻和电容组成，负载阻抗由电阻和电容组成， 为为超前。超前。 2cos 2cos 相量图的画法相量图的画法（1）画出）画出 ； 22IU，假定给定假定给定U2、I2、cos 2及各个参数及各个参数（2）在）在 相量上加上相量上加上 得到得到 ； 2U2222XI jRI2E（3）12EE（6）画出）画出 与与 的相量和的相量和 ；2I0I1I（7）画出）画出 ，加，加 得得到到 。1E1111XI jRI1U（4）画出领先）画出领先 的主磁通的主磁通 ；0190 Em （5）根据）根据 画出画出 ， 领先领先 一个铁耗角；一个铁耗角；m