NDJ2-1变压器空载负载_等效电路_测量.ppt

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1、中原工学院 电机学NDJ2-1变压器空载负载_等效电路_测量 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望中原工学院 电机学单相变压器模型铁心：铁心：是变压器的主磁路部分，用硅钢片叠成。是变压器的主磁路部分，用硅钢片叠成。绕组：绕组：是变压器的电路部分，用电磁线绕制而成。是变压器的电路部分，用电磁线绕制而成。绕组分类绕组分类一次绕组：输入电能一次绕组：输入电能二次绕组：输出电能二次绕组：输出电能高压绕组：高压绕组：低压绕组：低压绕组：2中原工学院 电机学一、一次

2、和二次绕组的一、一次和二次绕组的感生电动势，电压比感生电动势，电压比空载运行空载运行空载电流空载电流:i10空载时的磁动势空载时的磁动势N1i103中原工学院 电机学一、一次和二次绕组的一、一次和二次绕组的感生电动势，电压比感生电动势，电压比空载运行空载运行空载电流空载电流:i10空载时的磁动势空载时的磁动势N1i10空载时的磁通分析空载时的磁通分析主磁通主磁通:键链两个线圈键链两个线圈漏磁通漏磁通:键链一个线圈，空载时可忽略。键链一个线圈，空载时可忽略。主磁通主磁通4中原工学院 电机学一、一次和二次绕组的一、一次和二次绕组的感生电动势，电压比感生电动势，电压比运行分析运行分析空载电流空载电流

3、:i10感生电动势感生电动势正方向正方向电压电压u1正电压正电压-正电流正电流正电流正电流-正电动势正电动势 正磁通正磁通主磁通主磁通5中原工学院 电机学一、一次和二次绕组的感生电动势，电压比感生电动势大小感生电动势大小电压方程电压方程(考虑电阻考虑电阻)电压比及变压原理电压比及变压原理忽略漏磁通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主磁通6中原工学院 电机学二、主磁通分析二、主磁通分析主磁通主磁通:通过铁心并和一次、二次绕组交链的磁通通过铁心并和一次、二次绕组交链的磁通e超前超前e 90对已制好的变压器，主磁通最大值的大小

4、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和波形主要取决于电源电压的大小和波形也为正弦波也为正弦波,超前超前e90e90ee e1 1近似为正弦波近似为正弦波7中原工学院 电机学激磁电流激磁电流im空载时即等于空载电流空载时即等于空载电流:im=i10激磁电流分量激磁电流分量(两种作用两种作用)铁耗电流铁耗电流iFe:支付铁心损耗所需要的能量支付铁心损耗所需要的能量.铁耗电流与铁耗电流与-e同相同相(e 吸收电功率吸收电功率)磁化电流磁化电流i:用于产生磁场用于产生磁场.磁化电流与磁化电流与同相同相,超前超前e 90三、激磁电流三、激磁电流激磁阻抗激磁阻抗8中原工

5、学院 电机学变压器空载时的等效电路激磁激磁电阻电阻激磁激磁电抗电抗9中原工学院 电机学六、空载运行总结空载等效电路空载等效电路的意义：的意义：把具有电路磁路和电磁感应关系的实际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。变压器用一个等效电路来代替。激磁阻抗激磁阻抗的意义：的意义：把主磁通和铁心线圈的作用作为激磁阻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。激磁阻抗参数来表征。线性处理线性处理：激磁电流用等效正弦波代替计算激磁电流用等效正弦波代替计算.铁心磁路是非线性的，铁心磁路是非线性的，E1和和I

6、m之间也是之间也是非线性关系，非线性关系，Zm不是常值；不是常值；实际变压器运行时，主磁通（最大值）实际变压器运行时，主磁通（最大值）m变化很小，变化很小，Im和和1（有效值）近似（有效值）近似为常数，在此条件下，可近似认为为常数，在此条件下，可近似认为Zm为为一常值一常值。10中原工学院 电机学2.3变压器负载运行什么是变压器的负载运行什么是变压器的负载运行:一次绕组接交流电源一次绕组接交流电源,二次绕组接负载阻抗二次绕组接负载阻抗ZL,二次绕组在二次绕组在电动势电动势e2作用下，将有电流流过，参与变压器内磁场建立。作用下，将有电流流过，参与变压器内磁场建立。正方向的规定正方向的规定电压电压

7、_1电流电流_1电动势电动势_1磁通磁通_主漏主漏电动势电动势_2电流电流_2电压电压_211中原工学院 电机学一、磁动势平衡运行分析运行分析 i2将产生磁动势将产生磁动势N2i2作用在作用在铁心磁路上，趋向于改变主铁心磁路上，趋向于改变主磁通和激磁电动势磁通和激磁电动势e1及及i1。主磁通大小主磁通大小这时仍有这时仍有磁动势相互影响磁动势相互影响i i1 1中除用以产生主磁通中除用以产生主磁通m m的激磁电流的激磁电流i im m外，还将增加一个外，还将增加一个负载分量负载分量i i1L1L，以抵消二次绕组电流，以抵消二次绕组电流i i2 2的作用，保持的作用，保持m m(近近似为常值似为常

8、值).).N2i2,主磁通主磁通m m近似不变。近似不变。12中原工学院 电机学二、磁动势方程磁动势作用磁动势作用i1中除用以产生主磁通中除用以产生主磁通m的的激磁电流激磁电流im外，还将增加一个外，还将增加一个负载分量负载分量i1L，以抵消二次绕，以抵消二次绕组电流组电流i2的作用的作用,以保持以保持m(近似为常值近似为常值).另一方面另一方面,作用在主磁路上的磁动势作用在主磁路上的磁动势磁动势方程：正常负载时，磁动势方程：正常负载时，i i1 1和和i i2 2都随时间正弦变化，此时磁都随时间正弦变化，此时磁动势方程可用复数表示为：动势方程可用复数表示为：13中原工学院 电机学三、漏磁通和

9、漏磁电抗漏磁通：漏磁通：漏磁动势漏磁动势一次绕组的漏磁通：一次绕组的漏磁通：仅与一次绕组交链仅与一次绕组交链二次绕组的漏磁通：二次绕组的漏磁通：仅与二次绕组交链仅与二次绕组交链 14中原工学院 电机学三、漏磁通和漏磁电抗感生电动势感生电动势漏感与漏抗漏感与漏抗漏此路为线性，故漏抗与漏感近似为常数。漏此路为线性，故漏抗与漏感近似为常数。15中原工学院 电机学四、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，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，用常值参数把不受铁心饱和影响的漏磁通分离出来，用常值参数X1和和X2来表征，来表

10、征，而把受铁心饱和影响的主磁路及其参数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作为局部的非线性问题，再加以线性化处理，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。可以简化分析；另一方面可以提高测试和计算的精度。16中原工学院 电机学2.4变压器的基本方程和等效电路一、变压器的基本方程一、变压器的基本方程变压器内部电磁关系变压器内部电磁关系17中原工学院 电机学一、变压器的基本方程一次和二次的电压方程一次和二次的电压方程复数形式复数形式一次漏阻抗二

11、次漏阻抗18中原工学院 电机学一、变压器的基本方程变压器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基本方程的应用？19中原工学院 电机学二、变压器的等效电路20中原工学院 电机学二、变压器的等效电路绕组归算绕组归算 把二次绕组归算到一次侧：一把二次绕组归算到一次侧：一次侧固定不动，用一个与一次次侧固定不动，用一个与一次绕组匝数完全相同的等效绕组，绕组匝数完全相同的等效绕组，

12、去代替实际的二次绕组。去代替实际的二次绕组。等效：等效：保持变压器内部保持变压器内部的电磁关系不变，即二次侧磁的电磁关系不变，即二次侧磁动势不变。动势不变。保持二次侧的能保持二次侧的能量关系不变。量关系不变。归算值：绕组归算后，对归算值：绕组归算后，对应新的量值称为归算值，用原应新的量值称为归算值，用原物理量的符号加物理量的符号加表示。表示。21中原工学院 电机学归算后的变压器方程归算后的变压器方程按前面列方程的基本方法按前面列方程的基本方法二、变压器的等效电路22中原工学院 电机学二、变压器等效电路23中原工学院 电机学二、变压器等效电路电路对接24中原工学院 电机学二、变压器等效电路等效电

13、路的应用等效电路的应用用等效电路去代替实际用等效电路去代替实际的变压器进行计算的变压器进行计算 一次侧为实际值一次侧为实际值 二次侧使用的是归算值二次侧使用的是归算值问题问题:实际值与归算值之间的实际值与归算值之间的关系、如何换算？关系、如何换算？25中原工学院 电机学二、变压器的等效电路归算值与原值的关系归算值与原值的关系二次电流：根据磁动势不变原则二次电流：根据磁动势不变原则感应电动势：感应电动势：26中原工学院 电机学二、变压器的等效电路阻抗：根据能量关系不变原则阻抗：根据能量关系不变原则电阻损耗不变：电阻损耗不变：二次绕组漏磁场内无功功率不变二次绕组漏磁场内无功功率不变二次电压：二次电

14、压：二次绕组归算到一次绕组时，二次绕组归算到一次绕组时，电动势和电压应乘以电动势和电压应乘以k k倍，电倍，电流乘以流乘以1 1k k倍，阻抗乘以倍，阻抗乘以k k2 2倍倍27中原工学院 电机学二、变压器的等效电路归算后的电压方程验证归算后的电压方程验证归算的实质归算的实质所谓归算，实质是在功率和磁动势保持为不变所谓归算，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、电流所进行的一量的条件下，对绕组的电压、电流所进行的一种线性变换。种线性变换。28中原工学院 电机学二、变压器等效电路等效电路的应用等效电路的应用用等效电路去代替实际用等效电路去代替实际的变压器的变压器 一次侧为实际值

15、一次侧为实际值 二次侧使用的是归算值二次侧使用的是归算值计算前计算前实际值实际值归算值归算值 计算后计算后归算值归算值实际值实际值29中原工学院 电机学二、变压器等效电路归算到二次侧归算到二次侧:用一个用一个N2匝绕组代替一次绕组匝绕组代替一次绕组.归算到二次侧的等效电路归算到二次侧的等效电路(与归算到一次类似与归算到一次类似/略略)计算前计算前归算值归算值 实际值实际值计算后计算后实际值实际值 归算值归算值30中原工学院 电机学二、变压器等效电路近似等效电路I I1N1NZ Z1 1225%U5%U1N1N激磁支路两端电压约等于激磁支路两端电压约等于U U1 1 I Im m0.10.11%

16、I1%I1N1N对二次电流影响很小对二次电流影响很小.额定负载时额定负载时31中原工学院 电机学二、变压器等效电路简化等效电路简化等效电路Im0.11%I1N铁心损耗远小于绕组铁心损耗远小于绕组损耗损耗.等效漏阻抗等效漏阻抗也称也称(短路阻抗短路阻抗)短路电阻短路电阻,短路电抗短路电抗 32中原工学院 电机学例 一台单相变压器一台单相变压器,已知参数已知参数R1=2.19,X1=15.4,R2=0.15,X2=0.964,Rm=1250,Xm=12600.N1/N2=876/260,当二次接负载阻抗当二次接负载阻抗26.67+j20时时画出归算到高压侧的画出归算到高压侧的T型等效电路型等效电路

17、,用用T型型近似近似简化等效电路求简化等效电路求I1并比较结果并比较结果.33中原工学院 电机学电流计算34中原工学院 电机学MatLab程序计算35中原工学院 电机学计算结果有效值有效值A相位角相位角T T型电路型电路近似电路近似电路简化电路简化电路复数值复数值A36中原工学院 电机学2.5 等效电路参数的测定等效电路参数的测定开路实验开路实验测量激磁阻抗参数测量激磁阻抗参数短路实验短路实验测量短路阻抗参数测量短路阻抗参数37中原工学院 电机学一、开路试验一、开路试验接线及实验方法接线及实验方法:二次绕组开路，二次绕组开路，一次绕组加以额定电压，一次绕组加以额定电压，测量此时的输人功率测量此

18、时的输人功率P0、电压、电压U1和电流和电流I0 电压不能超电压不能超过该侧的额过该侧的额定电压定电压38中原工学院 电机学 一、开路试验一、开路试验数据处理数据处理变压器二次绕组开路时，一次绕组变压器二次绕组开路时，一次绕组的电流的电流I I0 0,就是激磁电流就是激磁电流ImIm。由于一。由于一次漏阻抗比激磁阻抗小得多，可将次漏阻抗比激磁阻抗小得多，可将它略去不计它略去不计.由于空载电流很小，它在一次绕组由于空载电流很小，它在一次绕组中产生的电阻损耗可以忽略不计，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这样空载输入功率可认为基本上是供给铁心损耗的供给铁心损耗的 U=UN

19、开路开路Z1 Zm39中原工学院 电机学 一、开路试验一、开路试验实验注意事项实验注意事项I0=0.11%IN,U=UN.为了试验为了试验时的安全和仪表选择的方便，时的安全和仪表选择的方便，开路试验时通常在低压侧加开路试验时通常在低压侧加上电压，高压侧开路，此时上电压，高压侧开路，此时测出的值为归算到低压侧时测出的值为归算到低压侧时的值的值 归算到高压侧时，各参数归算到高压侧时，各参数应乘以应乘以k2I0=0.11%IN,U=UN.电流相对电流相对较小，电流表放在内侧。较小，电流表放在内侧。空载40中原工学院 电机学对归算值的理解理想变压器理想变压器:铁心磁导率无穷大铁心磁导率无穷大Xm=,无

20、铁心损耗无铁心损耗Rm=0没有漏磁通没有漏磁通,X12=0电阻为零电阻为零R12=0变压器接额定电源变压器接额定电源,假定二次侧有一阻抗假定二次侧有一阻抗ZL如果从二次侧直接测量其电压如果从二次侧直接测量其电压U2,电流电流I2,则阻抗则阻抗一次对应电压一次对应电压U1和电流和电流I1,则根据一次测量的电压和电流值计算的阻则根据一次测量的电压和电流值计算的阻抗就为归抗就为归(折折)算到一次侧的值算到一次侧的值41中原工学院 电机学二、短路试验二、短路试验接线及实验方法：接线及实验方法：二次绕组短路，二次绕组短路，一次绕组上加一可调的低电压。一次绕组上加一可调的低电压。从从0向上非常缓慢向上非常

21、缓慢调节外加的低电压，使短路电流达到额定电流，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测量此时的一次电压Uk输入功率输入功率Pk和电流和电流Ik 电流不能超电流不能超过该侧的额过该侧的额定电流定电流42中原工学院 电机学二、短路试验二、短路试验数据处理数据处理变压器短路时，外加电压仅用于变压器短路时，外加电压仅用于克服变压器内部的漏阻抗压降，克服变压器内部的漏阻抗压降，当短路电流为额定电流时，该电当短路电流为额定电流时，该电压一般只有额定电压的压一般只有额定电压的5一一10%左右；因此短路试验时变压器内左右；因此短路试验时变压器内的主磁通很小激磁电流和铁耗的主磁通很小激磁电

22、流和铁耗均可忽略不计；均可忽略不计；不计铁耗时，短路时的输入功率不计铁耗时，短路时的输入功率Pk可认为全部消耗在一次和二次可认为全部消耗在一次和二次绕组的电阻损耗上绕组的电阻损耗上 短短接接43中原工学院 电机学二、短路试验二、短路试验实验注意事项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，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测出的电阻应换算到75时的数值时的数值 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

23、小，故电压表放在电流表内侧。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，所以要从测出的变压器中漏磁场的分布十分复杂，所以要从测出的Xk中把中把X1和和X2分分开是极为困难的。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运行问题因此通常没有必要把X1和和X2分

24、开。有时假设分开。有时假设X1=X2以以把两者分离。把两者分离。44中原工学院 电机学说明说明 空载实验空载实验：在低压侧加电额定电压：在低压侧加电额定电压11kV,并测量空载电流并测量空载电流45.5A，短路实验短路实验：在高压侧加电：在高压侧加电,短路电流为额定时短路电流为额定时,测量短路电压为测量短路电压为9.24kV,一次绕组的额定电压为一次绕组的额定电压为127kV二次绕组的额定电流为二次绕组的额定电流为45中原工学院 电机学利用空载实验数据计算激磁阻抗：利用空载实验数据计算激磁阻抗：电压比电压比 空载46中原工学院 电机学利用短路实验数据求等效漏磁阻抗参数：利用短路实验数据求等效漏磁阻抗参数：电电阻及阻抗阻及阻抗换换算到算到75(略略)短路47中原工学院 电机学例题小结Rk=6.45Xk=58.5Zk=58.9Rm=3028Xm=32110Zm=32257开路开路短路短路48