《电机技术应用》课件 1.2.1 变压器的空载运行.pptx

变压器的空载运行

变压器

什么是空载运行

变压器空载运行：变压器的原绕组加上额定电压，副绕组开路(不接负载)。

电力系统三相电压对称；只需分析一相即可，下面分析变压器运行原理和性能等，均针对单相变压器进行，所涉及的参数和物理量均指一相的值。

u2

φ。

Φ。

一

I₀

E₁

Ed|

空载运行时的电磁关系

Φ0

市lσ

U1

U₁

U2

(I₂)

E₂

U₁。

F=i₀N₁

ul

20

U

一次侧遵循电动机惯例，磁通与产生它的电流之间符合右手螺旋定则

U,I。一同方向

Φ。Φ1g与I。一符合右手螺旋定则

E₁E₁。与I。一同方向

二次侧遵循发电机惯例，电动势与感应它的磁通之间符合右手螺旋定则

E₂与Φ。—符合右手螺旋定则

I,与E₂一同方向

参考方向的规定

主磁通和漏磁通区别

(1)性质上：Φ₀与I₀成非线性关系，Φ₁与I₀成线性关系；

(2)数量上：Φ₀占99%以上，Φ₁仅占1%以下；

(3)作用上：Φ₀起传递能量的作用，Φ1起漏抗压降作用。

1.主磁通和漏磁通：在不考虑铁芯磁路饱和的情况下，由空载磁动势F₀产生的

主磁通和漏磁通随时间按正弦规律变化。

Φ。=ΦmsinwtΦ1=Φ1omsinwt

绕组的感应电动势

结论：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。相位上滞后主磁通90°,二次主电动势也有同样的结论。

幅值：E1m=2πfN₁Φm

有效值：

相量：E₁=-j4.44JfN₁dm

绕组的感应电动势

2.主磁通感应的电动势——主电动势

绕组的感应电动势

3.漏磁通感应的电动势——漏电动势

根据主电动势的分析方法，同样有

E₁g=4.44fN₁Φ1omE。=-j4.44fN₁p₁om

由于漏磁通主要经过非铁磁路径，磁路不饱和，所以漏电抗X₁很小且为常

数，它不随电源电压负载情况而变。

漏电动势也可以用漏抗压降来表示，即

E₁=-jwLi=-jX₁i₀

磁路问题电路化处理

基于漏电动势可以用漏抗压降来表示E₁。=-ji₀X₁

主电动势也可以采用这种表示方法

E₁=-i₀Zm=-i₀(Rm+jXm)

由于主磁通Φ。主要经过铁磁路径，磁路饱和，所以励磁电抗Xm很大且不为常

数，它随电源电压情况而变。

绕组的感应电动势

对三相变压器，变比为一、二次侧的相电势之比，近似为额定相电压之比

接线

接线

Y,d

Y,y

变比

又叫励磁电流，指产生主磁通所需要的电流。空载运行时，原边绕组中流

过的电流即为励磁电流。包括两部分分量：磁化电流I。w(无功分量),铁耗电流IoY(有功分量)。

变化，相位与感应电势相差90度，为纯无功电流。

磁路不饱和：磁通中和磁化电流都按正弦规律

(1)磁化电流Iow(无功分量)

空载电流

空载电流

(2)铁耗电流(有功分量)

与铁心损耗对应，铁耗电流iox为有功电流。

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

空载电流

铁芯饱和：当磁通为正弦波时，磁化电流为尖顶波。

空载电流

铁芯饱和：当磁通为平顶波时，磁化电流为正弦波。

Φ

空载损耗

rm,Xm,Zm分别为励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。由于磁路具有饱和特性，所以zm=rm+jxm不是常数，随磁路饱和程度增大而减小。

在U₁一定时，I₀大小取决于Zm。从运行角度讲，希望I₀越小越好，所以变压器常

采用高导磁材料，增大Z减小I₀,以提高运行效率和功率因数。

等值电路

xmX₁rmr₁

口1.

E₁、

9

7

:

Sxm

U₁

x1

rm

i

(2)二次侧电动势平衡方程

(1)一次侧电动势平衡方程

电动势平衡方程

空载等效电路

可知：影响主磁通大小的因素是电源电压、电源频率和一次侧线圈的匝数，

与铁芯的材质和几何尺寸无关。

主磁通原理

对一次侧电动势平衡方程

如果忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有

E₁

4.44fN₁

U₁≈E₁=4.44fN₁Φ。

Φ。

≈

二

相量图

U₁=-E₁+i₀Z₁

=(R+jXm)I₀+(R₁+jX₁)i₀

可作出变压器空载时的相量图：

(1)以中m为参考相量

(2)iow与市，同相，iy超前iow

(3)E₁,E₂滞后市90°

(4)画出R₁Io,ji₀X₁

(5)画出U₁

90°,i₀=iow+ior

(2)主磁通的大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，与磁路所

用材料的性质及几何尺寸基本无关。

(3)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