NDJ2-1变压器空载负载_等效电路_测量.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,中原工学院 电机学,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,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：,2,一、一次和二次绕组的感生电动势，电压比,空载运行,空载电流,:i,10,空载时的磁动势,N,1,i,10,3,一、一次和二次绕组的感生电动势，电压比,空载运行,空载电流,:i,10,空载时的磁动势,N,1,i,10,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,4,一、一次和二次绕组的感生电动势，电压比,运行分析,空载电流,:i,10,感生电动势,正方向,电压,u,1,正电压,-,正电流,正电流,-,正电动势,正磁通,主磁通,5,一、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,6,二、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,e90,e,e,1,近似为正弦波,7,激磁电流,i,m,空载时即等于空载电流,:,i,m,=i,10,激磁电流分量,(,两种作用,),铁耗电流,i,Fe,:,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,变压器空载时的等效电路,激磁电阻,激磁电抗,9,六、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，,E,1,和,I,m,之间也是非线性关系，,Z,m,不是常值；,实际变压器运行时，主磁通（最大值）,m,变化很小，,I,m,和,1,（有效值）近似为常数，在此条件下，可近似认为,Z,m,为一常值,。,10,2.3,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,Z,L,二次绕组在电动势,e,2,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,_2,11,一、磁动势平衡,运行分析,i,2,将产生磁动势,N,2,i,2,作用在铁心磁路上，趋向于改变主磁通和激磁电动势,e,1,及,i,1,。,主磁通大小,这时仍有,磁动势相互影响,i,1,中除用以产生主磁通,m,的激磁电流,i,m,外，还将增加一个负载分量,i,1L,，以抵消二次绕组电流,i,2,的作用，保持,m,(,近似为常值,).,N,2,i,2,主磁通,m,近似不变。,12,二、磁动势方程,磁动势作用,i,1,中除用以产生主磁通,m,的激磁电流,i,m,外，还将增加一个负载分量,i,1L,，以抵消二次绕组电流,i,2,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，,i,1,和,i,2,都随时间正弦变化，此时磁动势方程可用复数表示为：,13,三、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,14,三、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。,15,四、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,X,1,和,X,2,来表征，,而把受铁心饱和影响的主磁路及其参数,Z,m,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。,16,2.4,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,17,一、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,18,一、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、磁路和电磁感应关系的实际变压器,基本方程的应用,？,？,？,？,？,19,二、变压器的等效电路,20,二、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,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,22,二、变压器等效电路,23,二、变压器等效电路,电路对接,24,二、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？,25,二、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：,26,二、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,1,k,倍，阻抗乘以,k,2,倍,27,二、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、电流所进行的一种线性变换。,28,二、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,29,二、变压器等效电路,归算到二次侧,:,用一个,N,2,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,30,二、变压器等效电路,近似等效电路,I,1N,Z,1,2,5%U,1N,激磁支路两端电压约等于,U,1,I,m,0.1,1%I,1N,对二次电流影响很小,.,额定负载时,31,二、变压器等效电路,简化等效电路,I,m,0.11%I,1N,铁心损耗远小于绕组损耗,.,等效漏阻抗,也称,(,短路阻抗,),短路电阻,短路电抗,32,例,一台单相变压器,已知参数,R,1,=2.19,X,1,=15.4,R,2,=0.15,X,2,=0.964,R,m,=1250,X,m,=12600.,N,1,/N,2,=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,I,1,并比较结果,.,33,电流计算,34,MatLab,程序计算,35,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,A,36,2.5,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,37,一、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,P,0,、电压,U,1,和电流,I,0,电压不能超过该侧的额定电压,38,一、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,I,0,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=U,N,开路,Z,1,Z,m,39,一、开路试验,实验注意事项,I,0,=0.1,1%I,N,U=U,N,.,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，此时测出的值为归算到低压侧时的值,归算到高压侧时，各参数应乘以,k,2,I,0,=0.1,1%I,N,U=U,N,.,电流相对较小，电流表放在内侧。,空载,40,对归算值的理解,理想变压器,:,铁心磁导率无穷大,X,m,=,无铁心损耗,R,m,=0,没有漏磁通,X,12,=0,电阻为零,R,12,=0,变压器接额定电源,假定二次侧有一阻抗,Z,L,如果从二次侧直接测量其电压,U,2,电流,I,2,则阻抗,一次对应电压,U,1,和电流,I,1,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,41,二、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，,测量此时的一次电压,U,k,输入功率,P,k,和电流,I,k,电流不能超过该侧的额定电流,42,二、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,P,k,可认为全部消耗在一次和二次绕组的电阻损耗上,短接,43,二、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,U,1k,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,X,k,中把,X,1,和,X,2,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,X,1,和,X,2,分开。有时假设,X,1,=X,2,以把两者分离。,44,说明,空载实验,：在低压侧加电额定电压,11kV,并测量空载电流,45.5A,，,短路实验,：在高压侧加电,短路电流为额定时,测量短路电压为,9.24kV,一次绕组的额定电压为,127kV,二次绕组的额定电流为,45,利用空载实验数据计算激磁阻抗：,电压比,空载,46,利用短路实验数据求等效漏磁阻抗参数：,电阻及阻抗换算到,75(,略,),短路,47,例题小结,R,k,=6.45,X,k,=58.5,Z,k,=58.9,R,m,=3028,X,m,=32110,Z,m,=32257,开路,短路,48,