变压器空载负载等效电路测量课件

1、第二章:变压器作用:能量转换,改变电压或电流.变压器运行分析:2.2空载运行;2.3负载运行1第1页，共48页。单相变压器模型铁心：是变压器的主磁路部分，用硅钢片叠成。绕组：是变压器的电路部分，用电磁线绕制而成。绕组分类一次绕组：输入电能二次绕组：输出电能高压绕组：低压绕组：2第2页，共48页。一、一次和二次绕组的感生电动势，电压比空载运行空载电流:i10空载时的磁动势N1i103第3页，共48页。一、一次和二次绕组的感生电动势，电压比空载运行空载电流:i10空载时的磁动势N1i10空载时的磁通分析主磁通 :键链两个线圈漏磁通:键链一个线圈，空载时可忽略。主磁通4第4页，共48页。一、一次和二

2、次绕组的感生电动势，电压比运行分析空载电流:i10感生电动势正方向电压u1正电压-正电流正电流-正电动势 正磁通主磁通5第5页，共48页。一、一次和二次绕组的感生电动势，电压比感生电动势大小电压方程(考虑电阻)电压比及变压原理忽略漏磁通改变变压器二次匝数，即可改变变压器二次输出电压主磁通6第6页，共48页。二、主磁通分析主磁通:通过铁心并和一次、二次绕组交链的磁通e超前e 90对已制好的变压器，主磁通最大值的大小和波形主要取决于电源电压的大小和波形也为正弦波,超前e90ee1近似为正弦波7第7页，共48页。激磁电流im空载时即等于空载电流: im=i10激磁电流分量(两种作用)铁耗电流iFe:

3、支付铁心损耗所需要的能量.铁耗电流与-e同相( e 吸收电功率)磁化电流i:用于产生磁场.磁化电流与同相,超前e 90三、激磁电流激磁阻抗8第8页，共48页。变压器空载时的等效电路激磁电阻激磁电抗9第9页，共48页。六、空载运行总结空载等效电路的意义：把具有电路磁路和电磁感应关系的实际变压器用一个等效电路来代替。激磁阻抗的意义：把主磁通和铁心线圈的作用作为激磁阻抗来处理，或说把主磁通和铁心线圈用激磁阻抗参数来表征。线性处理：激磁电流用等效正弦波代替计算.铁心磁路是非线性的，E1和Im之间也是非线性关系，Zm不是常值；实际变压器运行时，主磁通（最大值）m变化很小，Im和1 （有效值）近似为常数，

4、在此条件下，可近似认为Zm为一常值。10第10页，共48页。2.3变压器负载运行什么是变压器的负载运行: 一次绕组接交流电源,二次绕组接负载阻抗ZL,二次绕组在电动势e2作用下，将有电流流过，参与变压器内磁场建立。正方向的规定电压_1电流_1电动势_1磁通_主漏电动势_2电流_2电压_211第11页，共48页。一、磁动势平衡运行分析 i2将产生磁动势N2i2作用在铁心磁路上，趋向于改变主磁通和激磁电动势e1及i1。主磁通大小这时仍有磁动势相互影响i1中除用以产生主磁通m的激磁电流im外，还将增加一个负载分量i1L，以抵消二次绕组电流i2的作用，保持m(近似为常值).N2i2,主磁通m近似不变。

5、12第12页，共48页。二、磁动势方程磁动势作用i1中除用以产生主磁通m的激磁电流im外，还将增加一个负载分量i1L，以抵消二次绕组电流i2的作用,以保持m(近似为常值).另一方面,作用在主磁路上的磁动势磁动势方程：正常负载时，i1和i2都随时间正弦变化，此时磁动势方程可用复数表示为：13第13页，共48页。三、漏磁通和漏磁电抗漏磁通：漏磁动势一次绕组的漏磁通： 仅与一次绕组交链二次绕组的漏磁通： 仅与二次绕组交链 14第14页，共48页。三、漏磁通和漏磁电抗感生电动势漏感与漏抗漏此路为线性，故漏抗与漏感近似为常数。15第15页，共48页。四、变压器运行分析总结按照磁路性质的不同，把磁通分成主

6、磁通和漏磁通两部分，把不受铁心饱和影响的漏磁通分离出来，用常值参数X1和X2来表征，而把受铁心饱和影响的主磁路及其参数Zm作为局部的非线性问题，再加以线性化处理，这是分析变压器和旋转电机的重要方法之一。这样做，一方面可以简化分析；另一方面可以提高测试和计算的精度。 16第16页，共48页。2.4变压器的基本方程和等效电路一、变压器的基本方程变压器内部电磁关系17第17页，共48页。一、变压器的基本方程一次和二次的电压方程复数形式一次漏阻抗二次漏阻抗18第18页，共48页。一、变压器的基本方程变压器基本方程？希望有一个既能正确反映变压器内部电磁关系，又便于工程计算的等效电路，来代替既有电路、磁路

7、和电磁感应关系的实际变压器基本方程的应用？19第19页，共48页。二、变压器的等效电路20第20页，共48页。二、变压器的等效电路绕组归算 把二次绕组归算到一次侧：一次侧固定不动，用一个与一次绕组匝数完全相同的等效绕组，去代替实际的二次绕组。 等效：保持变压器内部的电磁关系不变，即二次侧磁动势不变。保持二次侧的能量关系不变。 归算值：绕组归算后，对应新的量值称为归算值，用原物理量的符号加表示。21第21页，共48页。归算后的变压器方程按前面列方程的基本方法二、变压器的等效电路22第22页，共48页。二、变压器等效电路23第23页，共48页。二、变压器等效电路电路对接24第24页，共48页。二、

8、变压器等效电路等效电路的应用用等效电路去代替实际的变压器进行计算 一次侧为实际值 二次侧使用的是归算值问题:实际值与归算值之间的关系、如何换算？25第25页，共48页。二、变压器的等效电路归算值与原值的关系二次电流：根据磁动势不变原则感应电动势：26第26页，共48页。二、变压器的等效电路阻抗：根据能量关系不变原则电阻损耗不变：二次绕组漏磁场内无功功率不变二次电压：二次绕组归算到一次绕组时，电动势和电压应乘以k倍，电流乘以1k倍，阻抗乘以k2倍27第27页，共48页。二、变压器的等效电路归算后的电压方程验证归算的实质所谓归算，实质是在功率和磁动势保持为不变量的条件下，对绕组的电压、电流所进行的

9、一种线性变换。28第28页，共48页。二、变压器等效电路等效电路的应用用等效电路去代替实际的变压器 一次侧为实际值 二次侧使用的是归算值计算前实际值归算值 计算后归算值实际值29第29页，共48页。二、变压器等效电路归算到二次侧:用一个N2匝绕组代替一次绕组.归算到二次侧的等效电路(与归算到一次类似/略)计算前归算值 实际值计算后实际值 归算值30第30页，共48页。二、变压器等效电路近似等效电路I1NZ125%U1N激磁支路两端电压约等于U1 Im0.11%I1N对二次电流影响很小.额定负载时31第31页，共48页。二、变压器等效电路简化等效电路Im0.11%I1N铁心损耗远小于绕组损耗.等

10、效漏阻抗也称(短路阻抗)短路电阻,短路电抗 32第32页，共48页。例 一台单相变压器,已知参数R1=2.19,X1=15.4,R2=0.15,X2=0.964,Rm=1250,Xm=12600.N1/N2=876/260,当二次接负载阻抗26.67+j20时画出归算到高压侧的T型等效电路,用T型近似简化等效电路求I1并比较结果.33第33页，共48页。电流计算34第34页，共48页。MatLab程序计算35第35页，共48页。计算结果有效值A相位角T型电路近似电路简化电路复数值A36第36页，共48页。2.5 等效电路参数的测定开路实验测量激磁阻抗参数短路实验测量短路阻抗参数37第37页，共

11、48页。一、开路试验接线及实验方法:二次绕组开路，一次绕组加以额定电压，测量此时的输人功率P0、电压U1和电流I0 电压不能超过该侧的额定电压38第38页，共48页。 一、开路试验数据处理变压器二次绕组开路时，一次绕组的电流I0,就是激磁电流Im。由于一次漏阻抗比激磁阻抗小得多，可将它略去不计.由于空载电流很小，它在一次绕组中产生的电阻损耗可以忽略不计，这样空载输入功率可认为基本上是供给铁心损耗的 U=UN开路Z1 Zm39第39页，共48页。 一、开路试验实验注意事项I0=0.11%IN,U=UN.为了试验时的安全和仪表选择的方便，开路试验时通常在低压侧加上电压，高压侧开路，此时测出的值为归

12、算到低压侧时的值 归算到高压侧时，各参数应乘以k2I0=0.11%IN,U=UN.电流相对较小，电流表放在内侧。空载40第40页，共48页。对归算值的理解理想变压器: 铁心磁导率无穷大Xm=,无铁心损耗Rm=0没有漏磁通, X12=0电阻为零R12=0变压器接额定电源,假定二次侧有一阻抗ZL如果从二次侧直接测量其电压U2,电流I2,则阻抗一次对应电压U1和电流I1,则根据一次测量的电压和电流值计算的阻抗就为归(折)算到一次侧的值41第41页，共48页。二、短路试验接线及实验方法：二次绕组短路，一次绕组上加一可调的低电压。从0向上非常缓慢调节外加的低电压，使短路电流达到额定电流，测量此时的一次电

13、压Uk输入功率Pk和电流Ik 电流不能超过该侧的额定电流42第42页，共48页。二、短路试验数据处理变压器短路时，外加电压仅用于克服变压器内部的漏阻抗压降，当短路电流为额定电流时，该电压一般只有额定电压的5一10%左右；因此短路试验时变压器内的主磁通很小激磁电流和铁耗均可忽略不计；不计铁耗时，短路时的输入功率Pk可认为全部消耗在一次和二次绕组的电阻损耗上 短接43第43页，共48页。二、短路试验实验注意事项短路试验时，绕组的温度与实际运行时不一定相同；按国家标准规定，测出的电阻应换算到75时的数值 短路试验常在高压侧加电压，由此所得的参数值为归算到高压侧时的值 短路电流为额定值，短路电压相对较小，故电压表放在电流表内侧。短路试验时，使电流达到额定值时所加的电压U1k,称为阻抗电压或短路电压。阻抗电压用额定电压的百分值表示时有 变压器中漏磁场的分布十分复杂，所以要从测出的Xk中把X1和X2分开是极为困难的。由于工程上大多采用近似或简化等效电路来计算各种运行问题因此通常没有必要把X1和X2分开。有时假设X1= X2以把两者分离。 44第44页，共48页。说明 空载实验：在低压侧加电额定电压11kV,并测量空载电流45.5