变压器的空载运行分析.ppt

变压器的空载运行 变压器的空载运行 主、漏磁通的区别 小结 * 原边加额定电压，副边开路、负载电流为零时的运行情况，称为变压器的空载运行。 一、电磁关系分析 Φm e1 e2 e1σ Φ1σ u1 u2 i0 i2=0 变压器空载运行 正方向规定 （1）原边绕组内电流的正方向与电源电压正方向一致； （2）按右手螺旋关系，正方向的电流产生正方向的磁通； （3）感应电势正方向与产生该电动势的磁通方向之间符合右手螺旋关系，故感应电势与电流正方向一致。 副边： （1）副边绕组感应电势正方向与产生该电动势的磁通正方向之间符合右手螺旋关系； （2）副边绕组电流正方向与副边绕组电动势正方向一致； （3）副边绕组端电压的正方向与电流正方向一致。 二、电压平衡方程式 正方向规定如前，注意： （1）正方向规定可以任意 （2）通常原边按电动机惯例对待，副边按发电机惯例 （3）习惯上，端电压U表示电压降，电势E表示电压升 1、电压平衡方程式 副绕组：空载时，I2=0 原绕组： 空载电流作用和性质 一方面：用来励磁，建立磁场-----无功分量 另方面：供变压器空载损耗-------有功分量 性质：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。 二、空载电流和空载损耗 1. 作用与组成 （一）空载电流 空载电流i0包含两个分量： 2、性质和大小 性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电流主要是感性无功性质——也称励磁电流。 另一个是铁损耗分量iFe,称为铁耗电流，主要作用是供铁损耗（磁滞损耗和涡流损耗），超前于主磁通90度。 一个是励磁分量(无功分量) iμ，称为磁化电流，作用是建立磁场，与主磁通同相； 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： 与两个分量的相量关系：I0=Iμ+IFE 通常IFE＜10%I0，故I0≈Iμ 3、空载电流波形 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。 因此，当主磁通按正弦规律变化时，空载电流呈尖顶波形。 实际空载电流为非正弦波，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。 （二）空载损耗 空载损耗约占额定容量的0.2%～1%，而且随变压器容量的增大而下降。为减少空载损耗，改进设计结构的方向是采用优质铁磁材料：优质硅钢片、激光化硅钢片或应用非晶态合金。 变压器空载运行时，一次绕组从电源中吸取了少量的电功率P0，主要用来补偿铁心中的铁耗以及少量的绕组铜耗，可认为P0 ≈PFe。 一、空载运行时的物理情况 变压器的空载运行是指变压器一次绕组接在额定电压的交流电源上，而二次绕组开路时的工作情况。 u1 i0 Φ主磁通 当变压器的一次绕组加上交流电压u1时，一次绕组内便有一个交变电流i0（即空载电流）流过,并建立交变磁场。 N1 N2 Φσ1漏磁通 根据电磁感应原理，分别在一、二次绕组产生电动势e1、eσ1和e2。 eσ1 e1 e2 u02 i2=0 u02 (1) 性质上 Φ0与I0成非线性关系， Φ1σ与I0成线性关系； (2) 数量上 Φ0占99%以上，Φ1σ仅占1%以下； (3) 作用上 Φ0起传递能量的作用， Φ1σ起漏抗压降作用。 根据基尔霍夫电压定律，按上图所示电压、电流和电动势的正方向，可写出一、二次绕组的电动势方程式为： u1=i0R1-e1-eσ1 u02=e2 在一般变压器中，电阻压降i0R1很小，仅占一次绕组电压的0.1%以下，故可近似认为u1≈－e1。 设 则 有效值 同理，e2=2πfN2φmsin(ωt-90)=E2msin（ωt-90） 有效值 E2=4.44fN2φm 相量表达式 因此，可得出：E1/E2=N1/N2≈U1/U2=k 定义 式中k为变压器的电压比，即变比。 根据主电动势e1的分析方法，同样有 漏电动势也可以用漏抗压降来表示，即 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. K1变压器为降压变压器；K1变压器为升压变压器。 （1）一次侧电动势平衡方程 变压器空载运行时电动势平衡方程： 忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有 则 重要公式 可见，影响主磁通大小的因素有电源电压和频率，以及一次线圈的匝数。 （2）二次侧电动势平衡方程 u1 i0 F0=N1i0 e1 e2 eσ1 Φσ1 Φm 设 ? = ?m sinωt，则 电磁关系分析 忽略漏阻抗压