电机变压器9月21日.pptx

2.2.1 电磁关系一、空载运行时的物理情况2.2 单相变压器的空载运行12主磁通与漏磁通的区别二、各电磁量参考方向的规定强调强调：磁通与产生它的电流之间符合右手螺旋定则；电动势与感应它的磁通之间符合右手螺旋定则。1）性质上：与 成非线性关系；与 成线性关系；2）数量上：占99%以上，仅占1%以下；3）作用上：起传递能量的作用，起漏抗压降作用。三、感应电动势分析1、主磁通感应的电动势主电动势设则有效值相量同理，二次主电动势也有同样的结论。可见，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通 。主电动势的大小与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。42、漏磁通感应的电动势漏电动势漏电动势也可以用漏抗压降来表示，即根据主电动势的分析方法，同样有由于漏磁通主要经过非铁磁路径,磁路不饱和,故磁阻很大且为常数,所以漏电抗 很小且为常数,它不随电源电压负载情况而变.2.2.2 空载电流和空载损耗一、空载电流1、作用与组成2、性质和大小所以性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，空载电流主要是感性无功性质也称励磁电流；大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关，用空载电流百分数I0%来表示：3、波形由于磁路饱和，空载电流 与由它产生的主磁通 呈非线性关系。当磁通按正弦规律变化时，空载电流呈尖顶波形。当空载电流按正弦规律变化时，主磁通呈平顶波形。实际空载电流为是正弦波，但为了分析、计算和测量的方便，在相量图和计算式中常用正弦的电流代替实际的空载电流。小结（1）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡,若忽略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定.（2）主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。（3）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。（4）电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的电流的比值，线性磁路中，电抗为常数，非线性电路中，电抗的大小随磁路的饱和而减小。2.3 变压器的负载运行分析一、基本工作原理 变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。只要一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变压的目的。2.3 单相变压器的负载运行2.3.1 负载运行时的电磁关系变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次接上负载的运行状态，称为负载运行。二次接上负载的运行状态，称为负载运行。2.4 电动势方程、等效电路和相量图一、电动势平衡方程和变比一、电动势平衡方程和变比1 1、电动势平衡平衡方程、电动势平衡平衡方程（1 1）一次侧电动势平衡方程一次侧电动势平衡方程忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有则可见，影响主磁通可见，影响主磁通 大小的因素有电源电压大小的因素有电源电压 、电源频率、电源频率 和和一次侧线圈匝数一次侧线圈匝数 。（2）二次侧电动势平衡方程2、变比定义对三相变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近似为额定相电压之比，具体为Y，d接线D，y接线变压器负载运行的平衡方程式基本方程式：1、磁势平衡方程式-变压器负载运行时，铁心中主磁通由一次侧磁势 ，和二次侧磁势 共同作用建立。按全电流定律，可得变压器负载运行时的磁势平衡方程式为变压器负载运行时，铁心中主磁通变压器负载运行时，铁心中主磁通由一次侧磁由一次侧磁势势F1 和二次侧磁势和二次侧磁势F2 共同作用建立。按全电流共同作用建立。按全电流定律，可得变压器负载运行时的磁势平衡方程式定律，可得变压器负载运行时的磁势平衡方程式为为 （2-11）式中，-变压器负载运行时一次侧磁势 二次侧磁势 的 相量和，即合成磁势。根据前面分析的恒压下有恒磁通，在外接电源不变的情况下，负载运行时铁心中的主磁通与空载运行时的近似相等，则负载运行时的合成磁势 与空载运行时的空载磁势 近似相等，即因此，根据磁势的概念，可近似设为（2-13）（2-14）2、电势平衡方程式、电势平衡方程式 按图1-2所规定的个物理量的正方向，利用电路定律，便可写出变压器负载运行时一次侧和二次侧的电势平衡方程式如下：（2-15）（2-16）式中，一次绕组的漏阻抗；二次绕组的漏阻抗。变压器负载等效电路变压器负载等效电路 等效电路的计算方法等效电路的计算方法“参数折算法参数折算法”即将变压器绕组某一侧参数折算到另一侧绕组去。即将变压器绕组某一侧参数折算到另一侧绕组去。常用的方法是把二次绕组折算到一次绕组。其方常用的方法是把二次绕组折算到一次绕组。其方法是把二次绕组的匝数法是把二次绕组的匝数N2变换为变换为N2，且令，且令N2=N1。这样，主磁通感应于一次、二次绕组的电势。这样，主磁通感应于一次、二次绕组的电势相等，从而形成相等，从而形成“等值直连电路等值直连电路”，以便于定量，以便于定量计算。计算。注意注意：参数折算的原则是等效的。换言之参数在参数折算的原则是等效的。换言之参数在折算前后必须保持作用的折算前后必须保持作用的磁势相等磁势相等，传递，传递能量能量（包括有功和无功）相等（包括有功和无功）相等。折算后的二次侧各参数的数值为二次侧折算到一折算后的二次侧各参数的数值为二次侧折算到一次侧的折算值，用原来二次侧各参数的符号右上次侧的折算值，用原来二次侧各参数的符号右上角加上一个角加上一个“”表示。表示。根据折算后的方程，可以作出变压器的等效电根据折算后的方程，可以作出变压器的等效电路路。T型等效电路型等效电路：近似等效电路近似等效电路三、相量图作相量图的步骤对应T型等效电路，假定变压器带感性负载。“等效电路法等效电路法”的意义的意义该方法的推出是把实际变压器中的磁场简该方法的推出是把实际变压器中的磁场简化为电场问题，从而把变压器原、副边原化为电场问题，从而把变压器原、副边原来来无无直接电关系变化为直接电关系变化为有有直接的电关系。直接的电关系。以利于定量计算。以利于定量计算。“等效电路等效电路”是一种数学模型。其中的励是一种数学模型。其中的励磁电抗磁电抗Xm与主磁通与主磁通m对应，表现铁芯的磁对应，表现铁芯的磁化性能。化性能。Rm表现铁芯的铁损的大小。感应表现铁芯的铁损的大小。感应的电势的电势E1、E2与原绕组电压平衡。漏电抗与原绕组电压平衡。漏电抗X1与漏磁通与漏磁通1对应，对应，X1 产生电压降，发产生电压降，发生损耗，影响变压器的运行性能。生损耗，影响变压器的运行性能。例例：有一台单相变压器，已知有一台单相变压器，已知R1=2.19，x1=15.4 ，R2=0.15 ，x2=0.964 ，Rm=1250 ，xm=12600 ，N1=876匝匝，N2=260匝匝，当当cos2=0.8滞后时滞后时，二次侧电流二次侧电流I2=180A，U2N=6000V，试用试用“”形近似等效形近似等效电路和简化等效电路求电路和简化等效电路求 U1 及及 I1。解解下面用下面用“”形近似等效电路求解。形近似等效电路求解。令令因为因为cos2=0.8，则则2=36.87，所以，所以而用简化等效电路求解：而用简化等效电路求解：可见用简化等效电路求解与用可见用简化等效电路求解与用“”形近形近似等效电路求解的相同；似等效电路求解的相同；返回返回变压器的参数测定变压器的参数测定从上节分析中可见，在用基本方程式、等从上节分析中可见，在用基本方程式、等效电路图或相量图分析和计算变压器的运效电路图或相量图分析和计算变压器的运行性能，必须要知道变压器的参数。行性能，必须要知道变压器的参数。变压器参数分为变压器参数分为“空载参数空载参数”和和“短路参短路参数数”空载参数空载参数-Zm、Rm、jXm、K短路参数短路参数-Zk、Pk、Uk参数分别表述变压器的不同性能特点。参数分别表述变压器的不同性能特点。空载参数由空载实验测定，短路参数由短空载参数由空载实验测定，短路参数由短路实验测定路实验测定axAXU1 变压器空载试验的接线图变压器空载试验的接线图（4）假如绕组的漏阻抗和铁耗均不存在，即）假如绕组的漏阻抗和铁耗均不存在，即 （3）由于空载试验是在低压侧进行的，故测）由于空载试验是在低压侧进行的，故测得的励磁参数是折算到低压侧的数值。如需得到得的励磁参数是折算到低压侧的数值。如需得到高压侧的数值，则需将此数值折算到高压侧；高压侧的数值，则需将此数值折算到高压侧；（2）对于三相变压器，）对于三相变压器，I0、U1和和P1均以每相均以每相值来计算；值来计算；应当指出应当指出 （1）由于）由于xm、rm与磁路的饱与磁路的饱 和度有关，故不同电压下测出和度有关，故不同电压下测出 xm、rm的数值不同，为了测得额定的数值不同，为了测得额定运行时的励磁阻抗，需使运行时的励磁阻抗，需使U1=U1N；则有则有AXaxU1 变压器短路试验的接线图变压器短路试验的接线图 故短路情况下可采用变压器的简化等效电路，故短路情况下可采用变压器的简化等效电路，于是通过测出的于是通过测出的I1k、U1k和和P1k，便可算出电路参，便可算出电路参数：数：由于短路试验时外施电压很低，主磁通很小，由于短路试验时外施电压很低，主磁通很小，铁耗和励磁电流均可忽略不计，即铁耗和励磁电流均可忽略不计，即（2-32）由于电阻的大小随温度的改变而变化，短由于电阻的大小随温度的改变而变化，短路试验时的温度与变压器实际运行时不同，因路试验时的温度与变压器实际运行时不同，因此按国际标准规定，测出的电阻应换算到工作此按国际标准规定，测出的电阻应换算到工作温度（温度（E级绝缘为级绝缘为75C）时的数值。）时的数值。式中式中，试验时的室温试验时的室温；rk温度下的温度下的 短路电阻。短路电阻。对于铜线变压器，可按下式换算：对于铜线变压器，可按下式换算：对于铝线变压器，换算式为：对于铝线变压器，换算式为：（4）用试验的方法很难在）用试验的方法很难在xk中分离中分离x1和和x2，故由此只能得到，故由此只能得到“”形近似等效电路和简形近似等效电路和简化等效电路。化等效电路。（3）由于短路试验是在高压侧进行的，故测）由于短路试验是在高压侧进行的，故测得的短路参数是折算到高压侧的数值，如需得到得的短路参数是折算到高压侧的数值，如需得到低压侧的数值，则需将此数值折算到低压侧，此低压侧的数值，则需将此数值折算到低压侧，此外，外，rk应折算到标准工作温度；应折算到标准工作温度；（2）对于三相变压器，）对于三相变压器，I1k、U1k和和P1k均以每均以每相值来计算；相值来计算；（1）由于）由于Uk很低，磁路处于线性段，很低，磁路处于线性段，短路阻抗短路阻抗Zk是常数，故对于测定短路参数的试验，是常数，故对于测定短路参数的试验，Ik不一定非达到额定值，接近额定值便可；不一定非达到额定值，接近额定值便可；应当指出应当指出第五节第五节 变压器的运行特性变压器的运行特性 变压器的运行特性主要有变压器的运行特性主要有：（1）外特性外特性 是指一次侧外施电压和二次侧负是指一次侧外施电压和二次侧负载功率因数不变时二次侧端电压随负载电流变化载功率因数不变时二次侧端电压随负载电流变化的规律，即的规律，即U2=f（I2）。（2）效率特性效率特性 是指一次侧外施电压和二次是指一次侧外施电压和二次侧负载功率因数不变时，变压器的效率随负载电侧负载功率因数不变时，变压器的效率随负载电流变化的规律，即流变化的规律，即2=f（I2）。变压器的电压调整率和效率体现了这两个特变压器的电压调整率和效率体现了这两个特性，并且是变压器的主要性能指标，下面分别讨性，并且是变压器的主要性能指标，下面分别讨论这两个问题。论这两个问题。一、变压器的电压调整率一、变压器的电压调整率 U定义：定义：式中，式中，U20和和U2当一次侧接在额定电压、当一次侧接在额定电压、额定频率的电网上，空载时二次侧电压和在给定额定频率的电网上，空载时二次侧电压和在给定负载功率因数下二次测输出额定电流时的二次侧负载功率因数下二次测输出额定电流时的二次侧电压。电压。电压调整率电压调整率U与变压器的参数及负载性质有与变压器的参数及负载性质有 关。（负载性质有阻性，感性和容性之别）关。（负载性质有阻性，感性和容性之别）电压调整率反映了变压器供电电压的稳定性。电压调整率反映了变压器供电电压的稳定性。（2-35）根据定义有：根据定义有：（2-36）二、变压器的效率二、变压器的效率定义：定义：由于变压器的效率很高，用直接负载法测量由于变压器的效率很高，用直接负载法测量输出功率输出功率P2和输入功率和输入功率P1来确定效率很难得到准来确定效率很难得到准确的结果。为此，通常用间接法计算效率，即先确的结果。为此，通常用间接法计算效率，即先测出各损耗，再用输出功率测出各损耗，再用输出功率P2加总损耗加总损耗p表示输表示输入功率入功率P1，即，即（2-38）式中，总损耗式中，总损耗p包括下列损耗（设包括下列损耗（设m为变压器的相数）为变压器的相数）一次侧铜损耗一次侧铜损耗二次侧铜损耗二次侧铜损耗变压器总铜损耗变压器总铜损耗铁损耗铁损耗（1）略去短路试验中的铁损耗，即）略去短路试验中的铁损耗，即 （3）略去因负载变化而引起输出端电压的波动，）略去因负载变化而引起输出端电压的波动，即即pFe=p0（2）略去空载试验中的铜损耗，即）略去空载试验中的铜损耗，即式中，式中，短路试验的负载系数；短路试验的负载系数；pkN短路电流等于额定值时的短路损耗。短路电流等于额定值时的短路损耗。pCu=pk=pkN则变压器在负载系数为则变压器在负载系数为时的效率计算公式为时的效率计算公式为 在出现最大效率时，即有在出现最大效率时，即有 ，可得最大，可得最大效率时负载系数效率时负载系数m满足关系式满足关系式即即（2-39）（2-40）将按式（将按式（2-40）代入式（）代入式（2-39）便可）便可求得最大效率求得最大效率 如果不加特别说明，一台变压器如果不加特别说明，一台变压器的效率就是指的效率就是指=1时的效率，即额定时的效率，即额定效率。效率。返回返回（2-41）