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1、关于变压器的空载运行第1页，讲稿共26张，创作于星期日2.2.1 2.2.1 电磁物理现象电磁物理现象当变压器的原绕组接交流电源当变压器的原绕组接交流电源 ，原绕组中流过交流电流。因，原绕组中流过交流电流。因副绕组开路，一次侧的电流为空载电流，用副绕组开路，一次侧的电流为空载电流，用 i i0 0（i im m励磁电流）励磁电流）表示。空载电流全部用以激磁，产生交变磁势表示。空载电流全部用以激磁，产生交变磁势 f f0 0=i=i0 0N N1 1，建立交变磁，建立交变磁通通交变主磁通交变主磁通的作用下，在绕组的的作用下，在绕组的原、副边中都感应出感应电动势原、副边中都感应出感应电动势 e e
2、1 1、e e2 2。交变漏磁通交变漏磁通11将在原边绕将在原边绕组中感应出感应电动势组中感应出感应电动势 e e11。此。此外，空载电流还在原边绕组中外，空载电流还在原边绕组中产生电阻压降产生电阻压降 i i0 0R R1 1。第2页，讲稿共26张，创作于星期日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 ：主要沿非铁磁材料（变压器油或空气）闭合，仅与原：主要沿非铁磁材料（变压器油或空气）闭合，仅与原线圈相交链。线圈相交链。将磁通分为两部分将磁通分为两部分主磁通主磁通：沿铁心闭合，同时与原副线圈相交链，是变压器传递
3、沿铁心闭合，同时与原副线圈相交链，是变压器传递能量的媒介能量的媒介注：注：因磁导率的差异，主磁通占总磁通的绝大部分，漏磁通只占因磁导率的差异，主磁通占总磁通的绝大部分，漏磁通只占很小的一部分，约很小的一部分，约0.10.10.20.2。第3页，讲稿共26张，创作于星期日主磁通和漏磁通在性质上的差异主磁通和漏磁通在性质上的差异由于铁心材料存在饱和现象，主磁通与建立它的电流之间呈非由于铁心材料存在饱和现象，主磁通与建立它的电流之间呈非线性关系，即与线性关系，即与i i不是正比关系。而漏磁通由于沿非铁磁不是正比关系。而漏磁通由于沿非铁磁材料闭合，与材料闭合，与i i呈线性关系呈线性关系在电磁关系上，
4、主磁通在原副绕组中感应电势，副方如果有负载，在电磁关系上，主磁通在原副绕组中感应电势，副方如果有负载，可传递电磁功率，起传递能量的媒介场的作用。而漏磁通只交链可传递电磁功率，起传递能量的媒介场的作用。而漏磁通只交链原绕组，不能传递能量，只起到电压降的作用原绕组，不能传递能量，只起到电压降的作用第4页，讲稿共26张，创作于星期日（1）先确定电源的正方向，电流的正方向与电源取关联参考方向。先确定电源的正方向，电流的正方向与电源取关联参考方向。在负载支路，电流的正方向和电压降的正方向一致；而在电源支在负载支路，电流的正方向和电压降的正方向一致；而在电源支路，电流的正方向和电势的正方向一致。路，电流的
5、正方向和电势的正方向一致。（2）磁通的正方向与产生磁通的正方向与产生它的电流的正方向符合右手它的电流的正方向符合右手螺旋定则。螺旋定则。i2=0e2e1i0u1u201e1N1N2xaXA（3）感应电动势的正感应电动势的正方向与产生它的磁通符合右手方向与产生它的磁通符合右手螺旋定则。螺旋定则。按习惯的方式规定正方向称惯例，原则为：按习惯的方式规定正方向称惯例，原则为：2.2.2 正方向的规定正方向的规定第5页，讲稿共26张，创作于星期日2.2.3 感应电动势、电压变比感应电动势、电压变比假定磁通按正弦规律变化，即假定磁通按正弦规律变化，即m m sintsint11=1m1msintsintm
6、 m 主磁通的最大值主磁通的最大值1m1m原边漏磁通的最大值原边漏磁通的最大值（1）电动势与磁通的关系）电动势与磁通的关系第6页，讲稿共26张，创作于星期日根据电磁感应定律和正方向的规定，可得根据电磁感应定律和正方向的规定，可得E E1 1、E E2 2、E E11各电势各电势有效值有效值N N1 1、N N2 2原、副绕组的原、副绕组的匝数匝数f f电源的频率电源的频率第7页，讲稿共26张，创作于星期日（2）变压器的变比）变压器的变比变压器变比变压器变比变压器原方电势与副方电势之比，用符号变压器原方电势与副方电势之比，用符号 k k 表表示，即示，即当变压器空载时，由于当变压器空载时，由于U
7、 U1 1EE1 1，U U2 2=E=E2 2 ，故可近似用原、副电压之，故可近似用原、副电压之比作为变压器的变比比作为变压器的变比注：注：在三相变压器中，变比是指相电压之比。将三相变压器的在三相变压器中，变比是指相电压之比。将三相变压器的线电压之比，称线电压比线电压之比，称线电压比第8页，讲稿共26张，创作于星期日2.2.4 励磁电流励磁电流空载时，空载电流建立了主磁通，所以空载电流就是空载时，空载电流建立了主磁通，所以空载电流就是激磁电流激磁电流（或（或励磁电流励磁电流）。励磁电流的大小和波形受磁路饱和、磁滞及）。励磁电流的大小和波形受磁路饱和、磁滞及涡流的影响。涡流的影响。激磁电流激磁
8、电流磁化电流磁化电流I I起磁化作用，为无起磁化作用，为无 功分量功分量铁耗电流铁耗电流I IFeFe对应磁滞和涡流损耗，为有功对应磁滞和涡流损耗，为有功分量分量第9页，讲稿共26张，创作于星期日（一）磁路饱和对励磁电流的影响（一）磁路饱和对励磁电流的影响（1）磁路处于不饱和状态，磁化曲线为直线，当磁通按正磁路处于不饱和状态，磁化曲线为直线，当磁通按正弦规律变化，励磁电流也按正弦规律变化。弦规律变化，励磁电流也按正弦规律变化。第10页，讲稿共26张，创作于星期日 时，磁路饱和。时，磁路饱和。当外加电压当外加电压u u1 1为正弦波时，为正弦波时，和它相平衡的电势和它相平衡的电势e e1 1和磁
9、和磁通通也为正弦波。由于铁也为正弦波。由于铁磁材料的磁化曲线非线性磁材料的磁化曲线非线性化，铁心的饱和使激磁电化，铁心的饱和使激磁电流流 i i0 0 畸变为畸变为尖顶波尖顶波 尖顶波可以分解为基波和尖顶波可以分解为基波和3 3、5 5、7 7，谐波。谐波中谐波。谐波中以以3 3次谐波最为显著。次谐波最为显著。磁化电流磁化电流 和和 同相同相位，为无功电流，是励位，为无功电流，是励磁电流的主要成分，磁电流的主要成分，滞后滞后12123344第11页，讲稿共26张，创作于星期日(二二)磁滞现象对励磁电流磁滞现象对励磁电流的影响的影响实际中磁化曲线呈磁滞现实际中磁化曲线呈磁滞现象，使激磁电流象，使
10、激磁电流 i i0 0 变为变为不对称尖顶波。不对称尖顶波。不对称尖顶波可以分解为不对称尖顶波可以分解为对称尖顶波对称尖顶波 和磁滞电流和磁滞电流分量分量 ，与与 同相同相位，是有功电流分量。位，是有功电流分量。第12页，讲稿共26张，创作于星期日(二二)涡流现象对励磁电流的影响涡流现象对励磁电流的影响涡流引起涡流引起涡流电流分量涡流电流分量 ，与与 同相位，也是有功同相位，也是有功电流分量。电流分量。铁耗电流分量铁耗电流分量第13页，讲稿共26张，创作于星期日2.2.5 励磁特性的电路模型励磁特性的电路模型与与 同相位，同相位，滞后滞后 90900 0。引入电路参数。引入电路参数g gm m
11、和和b bm m，将，将 、和和 联系起来。联系起来。式中：式中：gm 励磁电导励磁电导 bm 励磁电纳励磁电纳 励磁导纳励磁导纳励磁等效导纳电路励磁等效导纳电路第14页，讲稿共26张，创作于星期日将并联的导纳参数换成串联的阻抗参数将并联的导纳参数换成串联的阻抗参数注：参数注：参数rm是对应铁耗的等效电阻，称是对应铁耗的等效电阻，称为为激磁电阻激磁电阻（或励磁电阻）（或励磁电阻）参数参数xm是对应于主磁路磁导的电抗，是对应于主磁路磁导的电抗，称称励磁电抗励磁电抗Zm称称励磁阻抗励磁阻抗励磁等效阻抗电路励磁等效阻抗电路第15页，讲稿共26张，创作于星期日漏抗是用来描述漏磁电动势的电路参数。漏抗是
12、用来描述漏磁电动势的电路参数。2.2.6 漏抗漏抗设：设：则：则：注：注：L L11 一次绕组的漏电感，为常数一次绕组的漏电感，为常数x x1 1LL11 一次一次原绕组的漏电抗，常数原绕组的漏电抗，常数第16页，讲稿共26张，创作于星期日2.2.7 电路方程、等效电路和相量图电路方程、等效电路和相量图按上面规定的正方向，可得空载时的原方电势方程式按上面规定的正方向，可得空载时的原方电势方程式当上述各物理量均为正弦量时，可当上述各物理量均为正弦量时，可用复数形式用复数形式或或AxaXI I2 2E E2 2U U2 2I I0 0E E1 1E E11U U1 1111 12 2Z1=r1+j
13、x1一次绕组的漏阻抗，为常数，数值较小一次绕组的漏阻抗，为常数，数值较小第17页，讲稿共26张，创作于星期日对电力变压器，空载电流引起的漏阻抗压降很小，所以有近似对电力变压器，空载电流引起的漏阻抗压降很小，所以有近似 u u1 1e e1 1，有时也将，有时也将e e1 1称反电势。称反电势。e e1 1也可表示电压降也可表示电压降,用复数表示用复数表示在副方，因为电流在副方，因为电流i i2 2为零，所以有为零，所以有空载运行的电路方程：空载运行的电路方程：第18页，讲稿共26张，创作于星期日变压器的电动势方程变为变压器的电动势方程变为得等效电路得等效电路各参数在数值上有各参数在数值上有 r
14、1 x1；rm xm；r1 Rm；x1 xm注：注：r rm m和和x xm m数值较大，且受铁心饱和的影响，不是常数。但在变压数值较大，且受铁心饱和的影响，不是常数。但在变压器正常运行时，主磁通器正常运行时，主磁通m m变化不大，可近似看做常数。变化不大，可近似看做常数。第19页，讲稿共26张，创作于星期日空载时的相量图空载时的相量图根据根据作空载时的相量图作空载时的相量图I II IFeI I0mE E1 1 E E2 2-E-E1 1 U U1 1I I0r1j jI I0 x1 以主磁通以主磁通m为参考量；为参考量；I与与同相位；同相位；-E1加上与加上与 I0平行的平行的 I0r1和
15、超前和超前 I0900的的jI0 x1，得，得 U1。E1和和E2滞后滞后m 900IFe为代表铁耗的有功分量，为代表铁耗的有功分量，超前超前 900；I与与IFe两者的相量和为两者的相量和为 I0；第20页，讲稿共26张，创作于星期日根据根据做空载时的相量图做空载时的相量图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为参考量；为参考量；I I与与同相位；同相位；-E E1 1加上与加上与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
16、得U U1 1。E E1 1和和E E2 2 滞后滞后m m 90900 0I IFeFe为代表铁耗的有功分量，为代表铁耗的有功分量，超前超前 90900 0；I I与与I IFeFe两者的相量和为两者的相量和为I I0 0；0 0空载时的相量图空载时的相量图第21页，讲稿共26张，创作于星期日讨讨 论论Z Z1 1=r=r1 1+jX+jX1 1 -原绕组的漏阻抗原绕组的漏阻抗r r1 1是原绕组的实际电阻值，是原绕组的实际电阻值，X X1 1是原绕组的漏电抗，它反映了是原绕组的漏电抗，它反映了I I0 0 产生漏磁通并感应电动势产生漏磁通并感应电动势 E E11 的作用。由于漏磁路是线性的
17、作用。由于漏磁路是线性的，所以是常数。且有的，所以是常数。且有 r r1 1X X1 1空载运行的变压器，可等效的视为阻抗空载运行的变压器，可等效的视为阻抗Z Z1 1和和Z Zm m串联而成的电串联而成的电路路第22页，讲稿共26张，创作于星期日激磁阻抗激磁阻抗Z Zm m=r=rm mjxjxm mr rm m反映了反映了I I0 0 产生主磁通时铁心中的铁损耗（涡流损耗和磁滞产生主磁通时铁心中的铁损耗（涡流损耗和磁滞损耗）损耗）X Xm m反映了激磁电流反映了激磁电流I I0 0产生主磁通并感应电动势产生主磁通并感应电动势E E1 1的作用。的作用。讨讨 论论主磁通所经过的铁心磁路是非线
18、性的，所以主磁通所经过的铁心磁路是非线性的，所以x xm m和和r rm m都不是常数，都都不是常数，都随铁心磁路的饱和程度的变化而变化的。随铁心磁路的饱和程度的变化而变化的。第23页，讲稿共26张，创作于星期日实际变压器在正常运行时，通常外加电压在额定值左右，变化不大，实际变压器在正常运行时，通常外加电压在额定值左右，变化不大，可以认为可以认为U U1 1常数，由于常数，由于U U1 1E E1 1m m ,因此因此可认为可认为m m基本不变，进而认为基本不变，进而认为r rm m和和x xm m是常数。是常数。讨讨 论论实际变压器中，总是希望铁耗越小越好，所以实际变压器中，总是希望铁耗越小越好，所以有有r rm mX X1 1在额定电压下空载运行时，铁心损耗通常比绕组电阻上的损在额定电压下空载运行时，铁心损耗通常比绕组电阻上的损耗（称为一次绕组铜损耗）大得多，所以有耗（称为一次绕组铜损耗）大得多，所以有r rm mr r1 1因此有因此有|Z|Zm m|Z|Z1 1|Z|Zm m|大，大，I I0 0小，正是电力变压器的要求，这样可以减小变压器小，正是电力变压器的要求，这样可以减小变压器的损耗和电网的无功功率的损耗和电网的无功功率第25页，讲稿共26张，创作于星期日感感谢谢大大家家观观看看第26页，讲稿共26张，创作于星期日