变压器空载运行PPT讲稿.ppt

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1、变压器空载运行第1页，共33页，编辑于2022年，星期六2-1 2-1 变压器各电磁量的正方向变压器各电磁量的正方向(Direction of electromagnetic quantities)按电动机惯例，按电动机惯例，吸收电功率吸收电功率和和1、2、和和 符合右手符合右手螺旋定则螺旋定则3、和和 符合符合右手螺旋定则右手螺旋定则4、和和 符合右手螺旋定则符合右手螺旋定则 按发电机惯例，发出电功率按发电机惯例，发出电功率和和5、均由同名端流入均由同名端流入和和6、第2页，共33页，编辑于2022年，星期六正方向的规定正方向的规定第3页，共33页，编辑于2022年，星期六电磁量规定正方向惯

2、例总结电磁量规定正方向惯例总结(Summary of the electromagnetic quantities direction)按电动机惯例，吸收电功率按电动机惯例，吸收电功率和和1)1)按发电机惯例，发出电功率按发电机惯例，发出电功率和和4)4)2)2)、和和 符合右手螺旋关系符合右手螺旋关系3)3)、和和 ；、和和 、符符 合右手螺旋关系合右手螺旋关系第4页，共33页，编辑于2022年，星期六 2-2 2-2 变压器空载运行变压器空载运行(Open circuit operation of transformer)变压器空载运行时基本电磁关系（一）变压器空载运行时基本电磁关系（一）

3、变压器空载运行时基本电磁关系（一）变压器空载运行时基本电磁关系（一）第5页，共33页，编辑于2022年，星期六变压器空载运行时基本电磁关系（二）变压器空载运行时基本电磁关系（二）变压器空载运行时基本电磁关系（二）变压器空载运行时基本电磁关系（二）(Electromagnetic(Electromagnetic discipline of transformer with discipline of transformer with open circuit operation)open circuit operation)*、都是最大值，一般都是最大值，一般 *、都是由励磁磁动势都是由励磁磁动

4、势 产生的。产生的。第6页，共33页，编辑于2022年，星期六假设主磁通正弦变化为假设主磁通正弦变化为根据电磁感应定律根据电磁感应定律一、主磁通感应的电动势一、主磁通感应的电动势(Electromotive force induced by main magnetic(Electromotive force induced by main magnetic flux)flux)电动势有效值电动势有效值同理：同理：得：得：第7页，共33页，编辑于2022年，星期六结结 论：论：主磁通主磁通 决定了感应电动势决定了感应电动势 的大小。的大小。变压器变比变压器变比:(Transformation r

5、atio)(Transformation ratio)感应电动势感应电动势 落后于主磁通落后于主磁通 。第8页，共33页，编辑于2022年，星期六二、漏磁通感应电动势二、漏磁通感应电动势 (EMF induced by leakage fluxleakage flux)用相量表示：用相量表示：根据电磁感应定律根据电磁感应定律第9页，共33页，编辑于2022年，星期六对一次漏电抗的总结：对一次漏电抗的总结：（Primary leakage reactance）漏磁通漏磁通 感应的漏电动势感应的漏电动势 可以用空载电可以用空载电流流 在一次绕组漏电抗在一次绕组漏电抗 产生的负压降产生的负压降 表示

6、，在相位上表示，在相位上 落后于落后于 电角度。电角度。X1为常数，且为常数，且 与与成正比，为什么？成正比，为什么？第10页，共33页，编辑于2022年，星期六三、空载运行电压方程式三、空载运行电压方程式 (Voltage equation for open circuit operation)其中其中 为一次绕组的电阻为一次绕组的电阻;变比近似表示为：变比近似表示为：为一次绕组的漏电抗为一次绕组的漏电抗为一次绕组的漏电抗为一次绕组的漏电抗;为一次绕组的漏阻抗，所产生的压降很小为一次绕组的漏阻抗，所产生的压降很小为一次绕组的漏阻抗，所产生的压降很小为一次绕组的漏阻抗，所产生的压降很小第11页

7、，共33页，编辑于2022年，星期六四、励磁电流的波形及和主磁通的关系四、励磁电流的波形及和主磁通的关系 由由 可知，当电源电压随时间按正弦可知，当电源电压随时间按正弦规律变化，则电动势、磁通必定都按正弦规律变化。规律变化，则电动势、磁通必定都按正弦规律变化。根据铁磁材料的磁饱和特性可知，主磁通和励磁电根据铁磁材料的磁饱和特性可知，主磁通和励磁电流成饱和曲线关系。流成饱和曲线关系。即即即即 呈非线性关系。呈非线性关系。呈非线性关系。呈非线性关系。思考：主磁通思考：主磁通 是正弦波时，励磁电流是正弦波时，励磁电流 应该是什应该是什么波形？么波形？1.1.励磁电流的波形励磁电流的波形 (wavef

8、orm of field current)(waveform of field current)第12页，共33页，编辑于2022年，星期六产生主磁通所需的电流叫激磁电流，用产生主磁通所需的电流叫激磁电流，用 表示表示若不计铁心损耗，此时激磁电流是一个纯无功电流用若不计铁心损耗，此时激磁电流是一个纯无功电流用 表示，表示，与与 同相位同相位 如果磁路不饱和（工作于线形磁化曲线段），则电流如果磁路不饱和（工作于线形磁化曲线段），则电流 iu与磁通与磁通F F波波形相同形相同如果磁路饱和（工作于非线形磁化曲线段），则电流如果磁路饱和（工作于非线形磁化曲线段），则电流 iu与磁通与磁通F F波波形不

9、相同形不相同第13页，共33页，编辑于2022年，星期六当磁路饱和时：当磁路饱和时：由于磁路的饱和关系由于磁路的饱和关系 当当 为正弦为正弦 时时,为尖顶波为尖顶波 当当 为正弦为正弦 时，时，为平顶波为平顶波 第14页，共33页，编辑于2022年，星期六 与与i不同时为正弦的原因是由于铁磁材料的饱和，即不同时为正弦的原因是由于铁磁材料的饱和，即B-H曲线为非线性引起的，导致了电流、磁通和电动势波形的曲线为非线性引起的，导致了电流、磁通和电动势波形的畸变，这是交流磁路的特点之一。畸变，这是交流磁路的特点之一。尽管电流尽管电流i 与磁通与磁通 波形不同，但相波形不同，但相位一致位一致原因原因:没

10、有考虑磁没有考虑磁滞滞由于磁路的饱和关系由于磁路的饱和关系 当当 为正弦为正弦 时时,为尖顶波为尖顶波 当当 为正弦为正弦 时，时，为平顶波为平顶波 磁路饱和时正弦激磁电流产生的主磁通波形第15页，共33页，编辑于2022年，星期六 a)磁化曲磁化曲线线 b)磁通和磁化曲磁通和磁化曲线线不不计铁计铁耗耗时时磁化磁化电电流的确定流的确定第16页，共33页，编辑于2022年，星期六当当 时，时，,i 对应于对应于Hc 当当 时，时，对应于对应于Br如考虑磁滞因素，磁化曲线为磁滞回线如考虑磁滞因素，磁化曲线为磁滞回线B滞后滞后H，即磁通，即磁通 滞滞后于激磁电流后于激磁电流im第17页，共33页，编

11、辑于2022年，星期六此时产生磁通的电流不但包括纯无功电流此时产生磁通的电流不但包括纯无功电流i,还包括有功电流还包括有功电流 iFe 电动势滞后磁通电动势滞后磁通90,磁通与电流不同相位磁通与电流不同相位,因此电流与电动势相位差因此电流与电动势相位差不是不是90 此时此时 变为变为 ，且，且 与与 不同相位，不同相位，超前超前 一一 角度，即角度，即前一章所述的磁通要滞后电流。前一章所述的磁通要滞后电流。此时此时 中除无功分量中除无功分量 外，还有有功分量外，还有有功分量为实线所示，为实线所示，为虚线所示为虚线所示第18页，共33页，编辑于2022年，星期六 与与U1同相位同相位 用复数表示

12、时有用复数表示时有:此此时时输输入入的的有有功功功功率率为为磁磁滞滞和和涡涡流损耗流损耗第19页，共33页，编辑于2022年，星期六2、激磁阻抗（激磁电抗、激磁阻抗（激磁电抗 和激磁电阻）希望得到电势希望得到电势e与电流与电流i10之间的直接数学关系之间的直接数学关系电势应该是电流与电抗的乘积电势应该是电流与电抗的乘积:主磁通的磁导主磁通的磁导用相量表示为用相量表示为:式中式中:铁心线圈磁化电感铁心线圈磁化电感 铁心线圈磁化电抗铁心线圈磁化电抗 第20页，共33页，编辑于2022年，星期六结论：任何交变磁场对电路的响应总可以用一个电抗来表征。结论：任何交变磁场对电路的响应总可以用一个电抗来表征

13、。电抗与磁导率的关系：电抗与磁导率的关系：:铁耗等效铁耗等效电电阻阻另另外外，考考虑虑铁铁心心损损耗耗，激激磁磁电电流流Im由由I 和和IFe组组成成，且且IFe与与（-E1）同相，于是）同相，于是第21页，共33页，编辑于2022年，星期六 Rm:激磁电阻激磁电阻,表征铁心损耗的一个等效参数表征铁心损耗的一个等效参数(注注:不同于前述的铁心磁阻不同于前述的铁心磁阻)Xm:激磁电抗激磁电抗,表征铁心磁化性能的一个等效参数表征铁心磁化性能的一个等效参数 Zm:激磁阻抗激磁阻抗,表征铁心损耗和磁化性能的一个等效参数表征铁心损耗和磁化性能的一个等效参数 式中式中:是等效阻抗是等效阻抗,)(1mmmm

14、mjXRIZIE+-=-=&注：注：以上三值随饱和度变化而变化，都不是常数，但当外加电压变化不大时，以上三值随饱和度变化而变化，都不是常数，但当外加电压变化不大时，铁心内的磁通变化不大，饱和度变化不大，可认为铁心内的磁通变化不大，饱和度变化不大，可认为Zm为常值为常值 第22页，共33页，编辑于2022年，星期六等效正弦波励磁电流的概念等效正弦波励磁电流的概念 由于励磁电流不是正弦波，不能用相量表示，工由于励磁电流不是正弦波，不能用相量表示，工程上用等效正弦波概念来表征实际励磁电流，并用相程上用等效正弦波概念来表征实际励磁电流，并用相量量 表示。表示。等效条件：等效条件：1 1）等效正弦波电流

15、）等效正弦波电流 角频率角频率 等于实际励磁电流基波角等于实际励磁电流基波角 频率；频率；2 2）等效正弦波电流等效正弦波电流有效值为：有效值为：3 3）等效正弦波电流等效正弦波电流相位上超相位上超 前主磁通相量前主磁通相量 角。角。第23页，共33页，编辑于2022年，星期六五、励磁电流及其感应电动势的关系五、励磁电流及其感应电动势的关系和变压器的参数和变压器的参数主磁通主磁通 感应了主电势感应了主电势 ，而主，而主磁通是由励磁电流磁通是由励磁电流 产生，根据产生，根据前面的分析，可从画出的相量图前面的分析，可从画出的相量图中看到各物理量的相位关系。中看到各物理量的相位关系。特别注意电压降特

16、别注意电压降 （负电动势）负电动势）和励磁电流和励磁电流 两个电气量的相位两个电气量的相位关系。关系。第24页，共33页，编辑于2022年，星期六第25页，共33页，编辑于2022年，星期六如下图，可得到：如下图，可得到：如下图，可得到：如下图，可得到：，的物理意义：的物理意义：等效铁耗电阻，又称激磁电阻等效铁耗电阻，又称激磁电阻称激磁电抗称激磁电抗其大小反映了一定励其大小反映了一定励磁电流激励主磁通的磁电流激励主磁通的磁电流激励主磁通的磁电流激励主磁通的能力。能力。第26页，共33页，编辑于2022年，星期六同理可得：同理可得：思考思考(Ponder)：说说一次漏电抗说说一次漏电抗 和激磁电

17、抗和激磁电抗 有何区别？有何区别？第27页，共33页，编辑于2022年，星期六是一个常数，不随变压器运行状态的改变而改变是一个常数，不随变压器运行状态的改变而改变是一个常数，不随变压器运行状态的改变而改变是一个常数，不随变压器运行状态的改变而改变是一个变数，因为铁心中的主磁通会出现磁饱和是一个变数，因为铁心中的主磁通会出现磁饱和是一个变数，因为铁心中的主磁通会出现磁饱和是一个变数，因为铁心中的主磁通会出现磁饱和现象。现象。现象。现象。也就是说激磁电抗随铁心中磁密的变化而变化；也就是说激磁电抗随铁心中磁密的变化而变化；也就是说激磁电抗随铁心中磁密的变化而变化；也就是说激磁电抗随铁心中磁密的变化而

18、变化；由于磁密的大小决定于励磁电流，励磁电流的大由于磁密的大小决定于励磁电流，励磁电流的大由于磁密的大小决定于励磁电流，励磁电流的大由于磁密的大小决定于励磁电流，励磁电流的大小又决定于电压。小又决定于电压。所以根本上激磁电抗的大小受所施加电压幅值的所以根本上激磁电抗的大小受所施加电压幅值的所以根本上激磁电抗的大小受所施加电压幅值的所以根本上激磁电抗的大小受所施加电压幅值的影响：影响：通常电压通常电压通常电压通常电压 越高激磁越高激磁越高激磁越高激磁 电抗会减小。电抗会减小。电抗会减小。电抗会减小。第28页，共33页，编辑于2022年，星期六思考思考(Ponder)：一开始分析变压器空载运行时假

19、设主磁通是正弦变化，一开始分析变压器空载运行时假设主磁通是正弦变化，请通过到现在为止的学习证明变压器空载运行时其主请通过到现在为止的学习证明变压器空载运行时其主请通过到现在为止的学习证明变压器空载运行时其主请通过到现在为止的学习证明变压器空载运行时其主磁通确实是正弦变化的。磁通确实是正弦变化的。磁通确实是正弦变化的。磁通确实是正弦变化的。第29页，共33页，编辑于2022年，星期六六、六、变压器空载运行的基本方程、变压器空载运行的基本方程、相量图和等效电路相量图和等效电路(Equation,phasor diagram and equivalent circuit)(Equation,phas

20、or diagram and equivalent circuit)变压器空载运行的基本方程变压器空载运行的基本方程第30页，共33页，编辑于2022年，星期六作相量图的主要过程作相量图的主要过程:选参考向量选参考向量选参考向量选参考向量-主磁通相量主磁通相量主磁通相量主磁通相量 ；根据一次主电动势根据一次主电动势根据一次主电动势根据一次主电动势 和励和励和励和励磁电流磁电流磁电流磁电流 关系分解励磁电关系分解励磁电关系分解励磁电关系分解励磁电流有功分量流有功分量流有功分量流有功分量 和无功分量和无功分量和无功分量和无功分量 。画出感应主电动势画出感应主电动势画出感应主电动势画出感应主电动势 、；画出空载励磁电流画出空载励磁电流画出空载励磁电流画出空载励磁电流 ；根据一次侧电压方程画出根据一次侧电压方程画出根据一次侧电压方程画出根据一次侧电压方程画出 。变压器空载运行的相量图变压器空载运行的相量图第31页，共33页，编辑于2022年，星期六变压器空载运行的相量图变压器空载运行的相量图第32页，共33页，编辑于2022年，星期六 励磁电阻（等效铁耗电阻）；励磁电阻（等效铁耗电阻）；励磁电抗励磁电抗 励磁阻抗励磁阻抗变压器空载运行的等效电路变压器空载运行的等效电路主要参数主要参数:第33页，共33页，编辑于2022年，星期六