《電機(jī)原理及應(yīng)用》課件-第二章 變壓器的運(yùn)行原理

第一節(jié)變壓器的空載運(yùn)行

第二節(jié)變壓器的負(fù)載運(yùn)行

第三節(jié)等值電路

第四節(jié)變壓器的參數(shù)測(cè)定

第五節(jié)變壓器的運(yùn)行特性1第二章變壓器的運(yùn)行原理2一、空載運(yùn)行時(shí)的物理情況u1

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ΦmΦ1σe1e1σe2u20U1I0F0=I0N1I0r1ΦmΦ1σE1E2E1σ這個(gè)圖理解，記住！F=ΦRm3二、各電磁量參考方向的規(guī)定一次側(cè)遵循電動(dòng)機(jī)慣例，二次側(cè)遵循發(fā)電機(jī)慣例。強(qiáng)調(diào)：磁通與產(chǎn)生它的電流之間符合右手螺旋定則；電動(dòng)勢(shì)與感應(yīng)它的磁通之間符合右手螺旋定則。u1

i0

ΦmΦ1σe1e1σe2u204三、空載運(yùn)行時(shí)的物理情況1）性質(zhì)上：Φm

與成非線性關(guān)系；與成線性關(guān)系；2）數(shù)量上：Φm

占99%以上，僅占1%以下；3）作用上：Φm

起傳遞能量的作用，起漏抗壓降作用。1、主磁通與漏磁通的區(qū)別u1

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ΦmΦ1σe1e1σe2u20提問(wèn)：鐵磁材料的三個(gè)共同特性！鐵磁材料飽和性鐵磁材料高導(dǎo)磁性52、主磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)——主電動(dòng)勢(shì)設(shè)則同理，二次主電動(dòng)勢(shì)也有同樣的結(jié)論。

可見(jiàn)，當(dāng)主磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，所產(chǎn)生的一次主電動(dòng)勢(shì)也按正弦規(guī)律變化，時(shí)間相位上滯后主磁通。主電動(dòng)勢(shì)的大小與電源頻率、繞組匝數(shù)及主磁通的最大值成正比。相量=-j4.44fN1

有效值63、漏磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)——漏電動(dòng)勢(shì)漏電動(dòng)勢(shì)也可以用漏抗壓降來(lái)表示，即根據(jù)主電動(dòng)勢(shì)的分析方法，同樣有由于漏磁通主要經(jīng)過(guò)非鐵磁路徑,磁路不飽和,故磁阻很大且為常數(shù),所以漏電抗很小且為常數(shù),它不隨電源電壓負(fù)載情況而變.74、空載電流A、作用與組成B、性質(zhì)和大小性質(zhì)：由于空載電流的無(wú)功分量遠(yuǎn)大于有功分量，所以空載電流主要是感性無(wú)功性質(zhì)——也稱(chēng)勵(lì)磁電流；

空載電流包含兩個(gè)分量，一個(gè)是勵(lì)磁分量，作用是建立磁場(chǎng)，產(chǎn)生主磁通——無(wú)功分量；另一個(gè)是鐵損耗分量，作用是供變壓器鐵心損耗——有功分量。大?。号c電源電壓和頻率、線圈匝數(shù)、磁路材質(zhì)及幾何尺寸有關(guān)，用空載電流百分?jǐn)?shù)I0%來(lái)表示：約為額定電流的2%~10%，一般變壓器的容量越大，空載電流的百分?jǐn)?shù)越小，大型變壓器還不到額定電流的1%。8C、波形由于磁路飽和，空載電流與由它產(chǎn)生的主磁通呈非線性關(guān)系。當(dāng)磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，空載電流呈尖頂波形。但為了分析、計(jì)算和測(cè)量的方便，在相量圖和計(jì)算式中常用正弦的電流代替實(shí)際的空載電流。95、空載損耗對(duì)于已制成變壓器，鐵損與磁通密度幅值的平方成正比，與電流頻率的1.3次方成正比，即空載損耗約占額定容量的0.2%~1%，而且隨變壓器容量的增大而下降。為減少空載損耗，改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的方向是采用優(yōu)質(zhì)鐵磁材料：優(yōu)質(zhì)硅鋼片、激光化硅鋼片或應(yīng)用非晶態(tài)合金。變壓器空載時(shí)，一次側(cè)從電源吸收少量的有功功率，用來(lái)供給鐵損和繞組銅損。由于和均很小，所以，即空載損耗近似等于鐵損。鐵損是什么？鐵損大小主要受磁通?所決定10四、空載運(yùn)行時(shí)的基本方程式1、一次側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程忽略很小的漏阻抗壓降，并寫(xiě)成有效值形式，有則可見(jiàn)，影響主磁通大小的因素有電源電壓、電源頻率和一次側(cè)線圈匝數(shù)。Z1=r1+jx1式中Z1—

一次側(cè)繞組漏阻抗，常數(shù)X1—一次繞組漏電抗，常數(shù)r1—一次繞組電阻，常數(shù)11一、空載運(yùn)行時(shí)的物理情況u1

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ΦmΦ1σe1e1σe2u20U1I0F0=I0N1I0r1ΦmΦ1σE1E2E1σ122、二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程3、變比定義對(duì)三相變壓器，變比為一、二次側(cè)的相電動(dòng)勢(shì)之比，近似為額定相電壓之比，具體為Y，d接線D，y接線13五、空載時(shí)的等效電路一次側(cè)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程為空載時(shí)等效電路為基于表示法，感應(yīng)的也用電抗壓降表示，由于Φm

在鐵心中引起，所以還要引入一個(gè)電阻，用等效，即=-jx1

1E·Z1=r1+jx1式中Z1—

一次側(cè)繞組漏阻抗，常數(shù)。14等效電路分析如下：勵(lì)磁電阻、勵(lì)磁電抗、勵(lì)磁阻抗。由于磁路具有飽和特性，所以不是常數(shù)，隨磁路飽和程度增大而減小。由于，所以有時(shí)忽略漏阻抗，空載等效電路只是一個(gè)元件的電路。在一定的情況下，大小取決于的大小。從運(yùn)行角度講，希望越小越好，所以變壓器常采用高導(dǎo)磁材料，增大，減小，提高運(yùn)行效率和功率因數(shù)。152、相量圖（不要求會(huì)畫(huà)，但要求會(huì)分析）

作圖步驟如下：（1）作出主磁通，并選為參考相量；（2）電動(dòng)勢(shì)和滯后90o

；

-(3)無(wú)功分量和同相位，有功分量比超前900，并合成相量；

（4）依次作出－、、，疊加得相量。16小結(jié)（1）一次側(cè)主電動(dòng)勢(shì)與漏阻抗壓降總是與外施電壓平衡,若忽略漏阻抗壓降，則一次主電勢(shì)的大小由外施電壓決定，E≈U1.（2）主磁通大小由電源電壓、電源頻率和一次線圈匝數(shù)決定，與磁路所用的材質(zhì)及幾何尺寸基本無(wú)關(guān)，U1≈4.44fN1φ。（3）空載電流大小與主磁通、線圈匝數(shù)及磁路的磁阻有關(guān)，鐵心所用材料的導(dǎo)磁性能越好，空載電流越小。（4）電抗是交變磁通所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)與產(chǎn)生該磁通的電流的比值，線性磁路中，電抗為常數(shù)，非線性電路中，電抗的大小隨磁路的飽和而減小。（5）等值電路各參數(shù)的物理意義練習(xí)題變壓器的變比可看作是額定線電壓之比。（）變壓器空載運(yùn)行時(shí)，電源輸入的功率只是無(wú)功功率。（）一臺(tái)單相變壓器額定電壓為380V/220V，額定頻率為50HZ，如果誤將低壓側(cè)接到380V上，則此

,

,

,

。（填增大/不變/減?。?7

當(dāng)電源電壓增加時(shí)，則此

,

,

,

。一次繞組匝數(shù)增加，則此

,

,

,

。鐵芯接縫變大，則此

,

,

,

。18一、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的物理狀況變壓器一次側(cè)接在額定頻率、額定電壓的交流電源上，二次接上負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)，稱(chēng)為負(fù)載運(yùn)行。u1ΦmΦ2σe1e1σe2u2

i0

ZLi2因主磁通保持不變，當(dāng)二次側(cè)磁動(dòng)勢(shì)出現(xiàn)時(shí)，一次側(cè)電流必須由變?yōu)椤?/p>

i1

Φ1σe2σ這個(gè)圖理解，記??！19=N1

=

N2

r1r2=-jx1

x2

F=ΦRm20——一次側(cè)電流——二次側(cè)電流

——一次側(cè)磁動(dòng)勢(shì)——二次側(cè)磁動(dòng)勢(shì)

——主磁通

——一次側(cè)繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

——空載電流——?jiǎng)?lì)磁阻抗

——二次側(cè)繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

——一次側(cè)繞組漏磁通——二次側(cè)繞組漏磁通

——一次繞組漏電動(dòng)勢(shì)——一次繞組漏阻抗

——二次繞組漏電動(dòng)勢(shì)——二次繞組漏電抗

——一次繞組的電阻壓降——二次繞組的電阻壓降

——負(fù)載阻抗——一次繞組電阻——二次繞組電阻i0——空載電流（勵(lì)磁電流）F0——空載磁動(dòng)勢(shì)R1——一次繞組電阻X1——一次繞組漏電抗Rm——一次繞組勵(lì)磁電阻Xm——一次繞組的勵(lì)磁電抗=-jx1

x1

x2

x2

r1r2ZLr1r221二、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式22用電流形式表示表明:變壓器的負(fù)載電流分成兩個(gè)分量,一個(gè)是勵(lì)磁電流,用來(lái)產(chǎn)生主磁通,另一個(gè)是一次側(cè)電流的負(fù)載分量,用來(lái)抵消二次磁動(dòng)勢(shì)的作用。電磁關(guān)系將一、二次聯(lián)系起來(lái),二次電流增加或減少必然引起一次電流的增加或減少.空載時(shí),由一次磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生主磁通,負(fù)載時(shí),產(chǎn)生主磁通的磁動(dòng)勢(shì)為一、二次的合成磁動(dòng)勢(shì)＋。由于主磁通的大小取決于外加電壓，只要電壓保持不變，由空載到負(fù)載，主磁通基本不變，因此有磁動(dòng)勢(shì)平衡方程+=

23表明，一、二次電流比近似與匝數(shù)成反比?？梢?jiàn)，匝數(shù)不同，不僅能變電壓，同時(shí)也能變電流。12211NNkII=?或負(fù)載運(yùn)行時(shí),忽略空載電流有:k-?定義24三、電動(dòng)勢(shì)平衡方程式根據(jù)基爾霍夫電壓定律可寫(xiě)出一二次側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程原邊：副邊負(fù)載25原邊：副邊:負(fù)載原副之邊:勵(lì)磁:26～要推導(dǎo)原副邊有直接電聯(lián)系的統(tǒng)一等值電路圖，需將原副邊電動(dòng)勢(shì)換算成相等，即折算。27第三節(jié)等值電路一、繞組的折算折算：將變壓器的二次（或一次）繞組用另一個(gè)繞組來(lái)等效，同時(shí)對(duì)該繞組的電磁量作相應(yīng)的變換，以保持兩側(cè)的電磁關(guān)系不變。目的：用一個(gè)等效的電路代替實(shí)際的變壓器。折算原則：1）保持二次側(cè)磁動(dòng)勢(shì)不變；2）保持二次側(cè)各功率或損耗不變。方法二：將一次側(cè)折算到二次側(cè)，N1用N2替代，副邊保持不變方法一：將二次側(cè)折算到一次側(cè)，N2用N1替代，原邊保持不變281．電動(dòng)勢(shì)的折算值：折算前后主磁通不變2．電流的折算值：折算前后二次側(cè)磁動(dòng)勢(shì)不變

。

3．阻抗的折算值：折算前后功率不變的原則同理可得：29折算值的計(jì)算方法總結(jié)如下：低壓側(cè)各物理量折算到高壓側(cè)時(shí)（1）凡單位是伏特的物理量折算值等于原值乘以變比k（2）凡單位為安培的物理量折算值等于原值除以變比k（3）凡單位為歐姆的物理量折算值等于原值乘以變比k2。30折算后的方程式為

原邊：副邊:負(fù)載原副之邊:勵(lì)磁:折算前的方程式為31～T形等效電路的演變～～二、負(fù)載時(shí)的等值電路（了解）32二、負(fù)載時(shí)的等值電路（了解）根據(jù)折算后的方程，可以作出變壓器的等效電路。T型等效電路：近似等效電路

33簡(jiǎn)化等效電路：其中分別為短路電阻、短路電抗和短路阻抗。

由簡(jiǎn)化等效電路可知，短路阻抗起限制短路電流的作用，由于短路阻抗值很小，所以變壓器的短路電流值較大，一般可達(dá)額定電流的10~20倍。34小結(jié)1、T形等效電路簡(jiǎn)化等效電路及空載等效電路2、參數(shù)特點(diǎn)：ZM，ZK3、折算概念1、單相變壓器U1N/U2N=220/110V，忽略勵(lì)磁電流，當(dāng)I2=18.2A，I1=

。2、單相變壓器U1N/U2N=220/110V，帶負(fù)載運(yùn)行，U2=108V，I2=10A，則U‘=

I2‘=

。習(xí)題35一、空載運(yùn)行時(shí)的物理情況u1

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ΦmΦ1σe1e1σe2u20U1I0F0=I0N1I0r1ΦmΦ1σE1E2E1σ這個(gè)圖理解，記住！F=ΦRm36第四節(jié)變壓器的參數(shù)測(cè)定一、空載實(shí)驗(yàn)1、目的：通過(guò)測(cè)量空載電流和一、二次電壓及空載功率來(lái)計(jì)算變比、空載電流百分?jǐn)?shù)、鐵損和勵(lì)磁阻抗。2、接線圖3、要求及分析1）低壓側(cè)加額定電壓，高壓側(cè)開(kāi)路；WAVV~**2）各儀表讀數(shù)含義；電壓表：低壓側(cè)額定電壓U1N及高壓側(cè)開(kāi)路電壓U20功率表：空載損耗，近似為鐵損耗電流表：空載電流I0374）空載電流和空載功率必須是額定電壓時(shí)的值，并以此求取勵(lì)磁參數(shù)；

6）對(duì)三相變壓器，測(cè)量的時(shí)候?yàn)榫€值，各公式中的電壓、電流和功率均為相值；3）求出參數(shù)38二、短路實(shí)驗(yàn)（負(fù)載實(shí)驗(yàn)）1、目的：通過(guò)測(cè)量短路電流、短路電壓及短路功率來(lái)計(jì)算變壓器的短路電壓百分?jǐn)?shù)、銅損和短路阻抗。2、接線圖3、要求及分析1）高壓側(cè)加電壓，低壓側(cè)短路；WAV~**3）同時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)室的室溫；4）由于外加電壓很小，主磁通很少，鐵損耗很少，忽略鐵損，認(rèn)為。39AV：調(diào)壓器405）參數(shù)計(jì)算對(duì)T型等效電路：6）溫度折算：電阻應(yīng)換算到基準(zhǔn)工作溫度（75°C）時(shí)的數(shù)值。8）對(duì)三相變壓器，測(cè)量的為線值，各公式中的電壓、電流和功