项目二 变压器的运行特性与维修.ppt

电机拆装与维修 项目二变压器的运行与维修 任务一 变压器的认识任务二 变压器的运行任务三 变压器的常见故障 维修与性能测试 电机拆装与维修 任务一 变压器的认识 1 变压器的用途 变压器是电力系统中的重要元件 发电机发出的电压受其绝缘条件的限制不可能太高 一般为6 3 27kV左右 要想把发出的大功率电能直接送到很远的用电区去 需用升压变压器把发电机的端电压升到较高的输电电压 当输电距离越远 输送的功率越大时 要求的输电电压也越高 电能送到用电地区后 还要用降压变压器把输电电压降低为配电电压 然后再送到各用电分区 最后再经配电变压器把电压降到用户所需要的电压等级 供用户使用 为了把两个不同电压等级的电力系统彼此联系起来 常常用到三绕组变压器 此外 为了保证用电的安全和合乎用电器件的电压要求 还有各种专门用途的变压器 如自耦变压器 互感器 隔离变压器及各种专用变压器 如用于电焊 电炉等的变压器 等 变压器的用途十分广泛 一任务相关知识 任务一 变压器的认识 2 拆装小型变压器 认识小型变压器的结构 图2 1小型单相变压器外形图 任务一 变压器的认识 2 拆装小型变压器 认识小型变压器的结构 小型单相变压器主要由变压器铁心 绕组线圈 绕组骨架等构成 此外还有紧固件 绝缘材料和外壳等 小型单相变压器的所有绕组都是装在同一个铁心上 铁心常用D4或D2热轧或冷轧硅钢片冲制 一般厚度为0 35mm或0 5mm 冲片的外形如图2 2所示 图2 2铁芯冲片类型a E型b III型c 拼条型 1 同极性端概念 当电流流入 或流出 两个线圈时 若产生的磁通方向相同 则两个流入 或流出 端称为同极性端 或当铁心中磁通变化时 在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端 同极性端用 表示 增加 同极性端和绕组的绕向有关 任务一 变压器的认识 3 变压器绕组的极性试验 同名端测定 联接2 3 变压器原一次侧有两个额定电压为110V的绕组 2 线圈的接法 联接1 3 2 4 当电源电压为220V时 电源电压为110V时 任务一 变压器的认识 问题1 在110V情况下 如果只用一个绕组 N 行不行 答 不行 两绕组必须并接 一次侧有两个相同绕组的电源变压器 220 110 使用中应注意的问题 任务一 变压器的认识 问题2 如果两绕组的极性端接错 结果如何 结论 在同极性端不明确时 一定要先测定同极性端再通电 答 有可能烧毁变压器 任务一 变压器的认识 3 电力变压器的主要结构 任务一 变压器的认识 图2油浸式电力变压器的外形图 电力变压器的主要构成有 铁心 绕组 绝缘套管 油箱及其他附件等 其中铁心和绕组是变压器的主要部件 称为器身 图2所示是油浸式电力变压器的外形图 1 铁心 铁心构成了变压器的磁路 同时又是套装绕组的骨架 铁心分为铁心柱和铁轭两部分 铁心柱上套绕组 铁轭将铁心柱连接起来形成闭合磁路 为了减少铁心中的磁滞 涡流损耗 提高磁路的导磁性能 铁心一般用高磁导率的磁性材料 硅钢片叠装而成 硅钢片有热轧和冷轧两种 其厚度为0 35 0 5mm 两面涂以厚0 02 0 23mm的漆膜 使片与片之间绝缘 任务一 变压器的认识 变压器铁心的结构有心式 壳式和渐开线式等形式 心式结构的特点是铁心柱被绕组包围 如图3所示 壳式结构的特点是铁心包围绕组顶面 底面和侧面 如图4所示 壳式结构的变压器机械强度较好 但制造复杂 由于心式结构比较简单 绕组装配及绝缘比较容易 因而电力变压器的铁心主要采用心式结构 任务一 变压器的认识 图3心式变压器的绕组和铁心 a 单相 b 三相 任务一 变压器的认识 图4壳式变压器绕组和铁心的结构示意图 a 单相 b 三相 任务一 变压器的认识 变压器的铁心一般是将硅钢片剪成一定形状 然后把铁柱和铁轭的钢片一层一层地交错重叠制成的 如图5所示 采用交错式叠法减小了相邻层的接缝 从而减小了励磁电流 这种结构的夹紧装置简单经济 可靠性高 因此国产变压器普遍采用叠装式铁心结构 大型变压器大都采用冷轧硅钢片作为铁心材料 这种冷轧硅钢片沿碾压方向的磁导率较高 铁耗较小 在磁路转角处 磁通方向和碾压方向成90 角 为了使磁通方向和碾压方向基本一致 通常采用图6所示的斜切硅钢片的叠装方法 任务一 变压器的认识 图5铁心硅钢片交错式叠装法 a 单相 b 三相 任务一 变压器的认识 图6斜切冷轧硅钢片铁心的叠装法 任务一 变压器的认识 在小型变压器中 铁心柱截面的形状一般采用正方形或矩形 而在大容量变压器中 铁心柱的截面一般做成阶梯形 以充分利用绕组内圆空间 铁心的级数随变压器容量的增加而增多 大容量变压器的铁心中常设油道 以改善铁心内部的散热条件 2 绕组 绕组是变压器的电路部分 它由铜或铝绝缘导线绕制而成 为了节省铜材 目前我国大多采用铝线 变压器的一次绕组 原绕组 输入电能 二次绕组 副绕组 输出电能 它们通常套装在同一个心柱上 一次和二次绕组具有不同的匝数 通过电磁感应作用 一次绕组的电能就可以传递到二次绕组 且使一 二次绕组具有不同的电压和电流 任务一 变压器的认识 两个绕组中 电压较高的称为高压绕组 相应电压较低的称为低压绕组 从高 低压绕组的相对位置来看 变压器的绕组又可分为同心式和交叠式 同心式绕组的排列如图3和图4所示 高 低压线圈都做成圆筒形 在同一铁心柱上同心排列 圆筒式绕组如图7所示 也可以将绕组装配到铁心上成为器身 如图8所示 为了便于线圈和铁心绝缘 通常将低压线圈靠近铁心放置 交叠式绕组的高 低压线圈沿铁心柱高度方向交叠排列 为了减小绝缘层的厚度 通常是低压线圈靠近铁轭 这种结构主要用在壳式变压器中 由于同心式绕组结构简单 制造方便 因而国内多采用这种结构 交叠式绕组主要用于特种变压器中 任务一 变压器的认识 7圆筒式绕组 任务一 变压器的认识 图8三相变压器器身 任务一 变压器的认识 3 油箱 变压器器身装在油箱内 油箱内充满变压器油 变压器油是一种矿物油 具有很好的绝缘性能 起两个作用 一是在变压器绕组与绕组 绕组与铁心及油箱之间起绝缘作用 二是变压器油受热后产生对流 对变压器铁心和绕组起散热作用 油箱有许多散热油管 以增大散热面积 为了加快散热 有的大型变压器采用内部油泵强迫油循环 外部用变压器风扇吹风或用自来水冲淋变压器油箱等 这些都是变压器的冷却方式 任务一 变压器的认识 图935kV绝缘套管 任务一 变压器的认识 4 绝缘套管 变压器的引线从油箱内穿过油箱盖时 必须经过绝缘套管 从而使高压引线和接地的油箱绝缘 绝缘套管是一根中心导电杆 外面有瓷套管绝缘 为了增加爬电距离 套管外形做成多级伞形 10 35kV套管一般采用充油结构 如图9所示 电压越高 其外形尺寸越大 5 其他附件 典型的油浸式电力变压器中还有储油柜 油枕 吸湿器 呼吸器 安全气道 防爆管 继电保护装置 调压分接开关 温度监控装置等附件 任务一 变压器的认识 4 变压器的型号和额定值 按照国家标准GB1094 96规定 变压器在规定的使用环境和运行条件下的主要技术参数称为额定值 额定值通常都标注在变压器的铭牌上 是选用变压器的依据 1 型号 型号可以表示一台变压器的结构 额定容量 电压等级 冷却方式等内容 例如 SL 500 10表示三相油浸式自冷双线圈铝线 额定容量为500kVA 高压侧额定电压为10kV级的电力变压器 任务一 变压器的认识 2 额定值 1 额定容量SN VA kVA MVA 铭牌规定在额定使用条件下所能输出的视在功率 通常和变压器一 二次侧的额定容量设计为相同值 2 额定电压UN V kV 指变压器长时间运行所承受的工作电压 三相为线电压 其中U1N为规定加在一次侧的电压 U2N为一次侧加额定电压 二次侧空载时的端电压 3 额定电流IN A 变压器额定容量下允许长期通过的电流 分为一次侧额定电流I1N和二次侧额定电流I2N 三相为线电流 任务一 变压器的认识 任务一 变压器的认识 1 一台 Y d11 一次侧为星形接法 二次侧为三角形接法 连接的三相变压器 其额定容量为5000kVA U1N U2N 35kV 10 5kV 求变压器一 二次侧的额定电压和额定电流 解一次侧额定电流 二次侧额定电流 任务一 变压器的认识 一次侧额定相电压 二次侧额定相电流 任务一 变压器的认识 任务一 变压器的认识 5 变压器的分类 1 按用途 电力变压器 特种变压器 仪用互感器 调压器 高压试验变压器等 2 按绕组数 双绕组 三绕组 多绕组变压器以及自耦变压器 3 按铁心结构 变压器可分为心式和壳式变压器 4 按相数 变压器可分为单相变压器和三相变压器 5 按调压方式 无励磁调压变压器和有载调压变压器 6 按冷却方式和冷却介质 变压器可分为以空气为冷却介质的干式变压器 以油为冷却介质的油浸式变压器 包括油浸自冷式 油浸风冷式 油浸强迫油循环式等 和充气式冷却变压器 7 按容量 变压器可分为小型变压器 容量为10 630kVA 中型变压器 容量为800 6300kVA 大型变压器 容量为8000 63000kVA 和特大型变压器 容量在 90000kVA以上 6 变压器的基本工作原理 1 变压器的基本工作原理 一般情况下 变压器都有铁心和绕组 线圈 两个主要部件 图1所示为一单相变压器原理图 两个相互绝缘的绕组套在一个共同的铁心上 它们之间只有磁的耦合 没有电的联系 其中与交流电源相接的绕组称为原绕组或一次绕组 也简称原边或初级 与用电设备 负载 相接的绕组称为副绕组或二次绕组 也简称副边或次级 任务一 变压器的认识 图1单相变压器原理图 任务一 变压器的认识 一次侧通入电流产生交变磁通 感应出电动势e1 二次侧与一次侧产生的磁通交链进而产生感应电动势e2 有 1 由上式可得 可见原 副绕组感应电动势的大小正比于各自绕组的匝数 而绕组的感应电动势近似于各自的电压 因此 只要改变绕组匝数比 就能改变电压 这就是变压器的变压原理 任务一 变压器的认识 任务一 变压器的认识 1 拆装小型变压器 1 拆卸小型变压器 拆卸铁芯前 应先拆除外壳 接线柱和铁芯夹板等附件 不同的铁芯形状有不同的拆卸方法 但其第一步是相同的 即用螺钉旋具把黏合在一起的硅钢片插松 E字形硅钢片 a 先拆横条 轭 用螺钉旋具插松并拆卸两端横条 b 拆E字形片 用螺钉旋具顶住中柱硅钢片的舌端 再用小锤轻轻敲击 使舌片后推 待推出3 4mm后 即可用钢丝钳钳住中柱部位抽出E字形片 当拆出5 6片后 即可用钢丝钳或手逐片抽出 二 任务实施 2 拆卸铁芯注意事项 有绕组骨架的铁芯 拆卸铁芯时应细心轻拆 以使骨架保持完整 良好 可供继续使用或作为重绕时的依据 拆卸铁芯过程中 必须用螺钉旋具插松每片硅钢片 以便于抽拉硅钢片 用钢丝钳抽拉硅钢片时 不能硬抽 若抽不动时 应先用螺钉旋具插松硅钢片 对于稍紧难抽的硅钢片 可将其钳住后左右摇摆几下 使硅钢片松动 就能方便地抽出 拆下的硅钢片应按只叠放 妥善保管 不可散失 如果少了几片 就会影响修理后变压器的质量 任务一 变压器的认识 任务一 变压器的认识 3 装配小型变压器 装配铁心 铁心的装配和拆除互为逆过程 镶片时要把E形片从线包一边一片一片对镶 镶片到最后时要紧 可用其中一硅钢片将其他硅钢片顶入 插入后用木锤轻轻敲打 最后将一字形硅钢片按顺序插入到E形空缺处 当线包嫌大时 切不可硬行插片 可将线包套上一定硬物 用两块木板夹住线包两侧 放在一平台上轻轻地将它锤扁一些 镶片完毕后 把变压器放在平板上 用木锤将硅钢片敲打平整 硅钢片接口间不能留有空隙 用螺丝及夹板固定变压器铁心 方法一 交流法 把两个线圈的任意两端 X x 连接 然后在AX上加一低电压U1 测量 若说明A与x或X与a是同极性端 若说明A与a或X与x为同极性端 结论 2 变压器同极性端的测定方法 任务一 变压器的认识 方法二 直流法 设S闭合时 增加 感应电动势的方向 阻止 的增加 如果S突然闭合 电流表正偏 则A a为同极性端 结论 电流表反偏 则A x为同极性端 任务一 变压器的认识 变压器空载运行也称无载运行 它是指原边加电源电压 副边开路的运行状况 图10单相变压器的空载运行 任务二 变压器的运行 一 变压器的空载运行 一 变压器中各电磁量假定正方向的惯例 变压器中各电压 电流 磁通和感应电动势的大小和方向都是随时间而变化的 为了分析 计算电路 必须规定出各个电磁量的假定正方向 从理论上讲 正方向可以任意选择 因为各物理量的变化规律是一定的 并不因正方向的选择不同而改变 但假定的正方向不同 描述变压器电磁关系的方程式和相量图也就不同 因此描述电磁规律必须与选定的正方向相配合 为了用同一方程式表示同一电磁现象 在电机学科中通常按习惯方式假定正方向 称为惯例 变压器中各电磁量的正方向常用的惯例标注在图1中 具体原则如下 任务二 变压器的运行 1 在负载支路 电流的正方向与电压降的正方向一致 而在电源支路 电流的正方向与电动势的正方向一致 2 主磁通和一次绕组漏磁通的正方向与产生它的电流的正方向符合右手螺旋定则 因此 在假定磁通的正方向时必须注意绕组的绕法 3 感应电动势的正方向与产生它的磁通的正方向符合右手螺旋定则 任务二 变压器的运行 二 变压器空载运行的电磁关系 当二次绕组开路 一次绕组接到电压为U1的交流电网上时 一次绕组中便有电流I0流过 该电流称为变压器的空载电流 由于二次绕组开路 因而I2 0 空载电流产生交变的空载磁场 空载磁动势F0 N1I0 一般把该磁场等效为两部分磁通 一部分磁通沿铁心闭合 同时与一次 二次绕组相交链 称为主磁通或互感磁通 用 表示 另一部分磁通主要沿非铁磁材料 变压器油或空气 闭合 它仅与一次绕组相交链 称为一次绕组的漏磁通 用 1表示 任务二 变压器的运行 任务二 变压器的运行 1 感应电动势与主磁通的关系 根据电磁感应定律 当主磁通 和漏磁通 1交变时 会分别在它们所交链的线圈内感应出电动势 1 主磁通感应的电动势 设 msin t 根据电磁感应定律和假定正方向规定 一 二次绕组中感应电动势e1 e2的瞬时值为 2 任务二 变压器的运行 3 式中 e1为主磁通 在一次绕组内感应电动势的瞬时值 e2为主磁通 在二次绕组内感应的电动势的瞬时值 N1为一次绕组的匝数 N2为二次绕组的匝数 任务二 变压器的运行 一 二次绕组感应电动势的有效值E1 E2分别为 4 5 取参考向量 因落后主磁通 任务二 变压器的运行 如果用相量表示 则有 6 7 从上面的表达式中可以看出 当主磁通按正弦规律变化时 一 二次绕组中的感应电动势也按正弦规律变化 其大小与电源频率 绕组匝数及主磁通最大值成正比 且在相位上滞后于主磁通90 任务二 变压器的运行 2 变压器的空载电流和空载损耗 变压器空载运行时 一次绕组中流过的电流I0称为空载电流 它一方面建立空载时的主磁通 另一方面还要补偿空载时的变压器损耗 前者是仅仅起磁化作用的励磁电流 不消耗功率 用I0Q表示 而后者则对应于铁心中的磁滞损耗和涡流损耗 消耗有功功率 用I0P表示 即 任务二 变压器的运行 当忽略空载损耗时 变压器的空载电流I0就是建立磁场的无功电流I0Q 当磁路不饱和时 其I0Q和主磁通 成线性关系 磁通按正弦规律变化 励磁电流也按正弦规律变化 由于导磁材料 硅钢片 磁化曲线的非线性关系 在一定的电压下 励磁电流的大小和波形取决于铁心的饱和程度 即取决于铁心磁通密度Bm的大小 当磁通饱和时 I0Q和主磁通 的关系不是线性的 I0Q的增长比主磁通 的增长更快 任务二 变压器的运行 当外加电压U1为正弦波时 变压器的电动势E1及主磁通 也应是正弦波 但由于铁心的饱和现象 使励磁电流的波形发生畸变 变成了尖顶波 铁心饱和程度愈高 励磁电流的波形畸变也就愈厉害 这可从图11中看得更加清楚 当磁通为正弦波时 由于铁心的饱和现象 励磁电流I0Q是一个尖顶波 采用谐波分析的方法可将该尖顶波分解为基波和3 5 7 次谐波 除基波外 三次谐波分量最大 这就是说 由于铁磁材料磁化曲线的非线性关系 要在变压器中建立正弦波磁通 则励磁电流必须包含三次谐波分量 任务二 变压器的运行 图11变压器的空载电流波形 任务二 变压器的运行 空载损耗 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 它用来补偿铁心中的铁损耗pFe和极少量的绕组铜损耗pCu 由于I0和线圈电阻r1很小 因而空载损耗可近似等于铁损耗 对于已制成的变压器 pFe可用实验的方法测得 也可用下面的经验公式计算 任务二 变压器的运行 式中 p1 50为当频率f为50Hz 最大磁通密度为1T时每公斤材料的铁心损耗 可从有关材料性能数据中查得 Bm为铁心中的最大磁通密度 G为铁心重量 单位为kg 一般的电力变压器空载损耗不超过额定容量的1 且随变压器容量的增大而下降 任务二 变压器的运行 3 漏磁通感应的电动势 漏磁通感应的电动势的有效值相量表示为 8 由于漏磁通所经过的非铁磁路径的磁阻很大 因而漏电抗是一个很小的常数 不随电流的大小而改变 将式 8 用电抗压降的形式表示 可得 9 式中 称为一次绕组的漏感系数 x1 L1称为一次绕组的漏电抗 漏感电动势与电流同频率 但相位滞后90 任务二 变压器的运行 4 变压器空载时的电动势和电压平衡方程式 根据图1所规定的一次绕组中各物理量的正方向 利用基尔霍夫定律 列出变压器空载时一 二次绕组的电动势平衡方程式 1 一次侧 一次侧的电动势平衡方程式为 10 式中 r1为一次绕组的电阻 Z1 r1 jx1为一次绕组的漏阻抗 显然也是常数 任务二 变压器的运行 对于变压器来说 空载电流所引起的漏阻抗压降很小 因此在分析变压器空载运行时可忽略漏阻抗压降I0Z1 因而有 11 任务二 变压器的运行 2 二次侧 由于空载时二次侧绕组内没有电流 因而其端电压就等于其感应电动势 即 12 任务二 变压器的运行 3 变压器的电压比 变比 一次侧绕组电动势E1与二次侧绕组电动势E2之比称为变压器的变比 用符号K表示 即 13 此式表明 变比k等于一次 二次绕组的匝数比 变压器之所以具有改变电压的性能就在于其匝数比不同 当单相变压器空载运行时 可近似地用一次 二次绕组电压之比来表示变压器的变化 降压变压器k 1 升压变压器k 1 但必须注意 对于三相变压器来说 变比是指相电动势的比值 也就是一 二次侧额定相电压之比 任务二 变压器的运行 4 变压器空载时的等效电路与相量图 变压器空载时 以相量形式表示的电动势平衡方程式为 14 式中 Z1 r1 jx1为一次绕组的漏阻抗 任务二 变压器的运行 15 任务二 变压器的运行 式中 Zm rm jxm称为变压器励磁阻抗 rm是反映铁心中损耗的一个等效电阻 xm为励磁电抗 对应于主磁通的电抗 rm r1 I20rm反映铁耗的大小 根据电动势平衡方程式可以求得 16 与此相应的等效电路如图12所示 从图可见 空载运行的变压器可以看成是由两个阻抗不同的线圈串联而成的电路 用一个阻抗rm jxm表示主磁通 对铁心线圈的作用 用另一个阻抗r1 jx1表示一次侧绕组电阻r1和漏抗x1的作用 任务二 变压器的运行 变压器正常工作时 由于电源电压变化范围小 铁心中主磁通的变化不大 故作定量计算时 可以认为Zm基本保持不变 需要指出的是 铁心存在饱和现象 Zm xm和rm随磁路饱和程度的增加而减小 任务二 变压器的运行 图12变压器空载时的等效电路 任务二 变压器的运行 据此可画出变压器空载时的相量图 如图13所示 任务二 变压器的运行 图13变压器空载运行时的相量图 任务二 变压器的运行 二 变压器的负载运行 任务二 变压器的运行 图14变压器负载运行原理示意图 任务二 变压器的运行 1 变压器负载运行时的电磁关系 当变压器二次侧绕组接上负载时 电动势E2将在二次侧绕组中产生电流I2 其方向与E2相同 随负载的变化而变化 I2流过二次侧绕组N2时建立磁动势F2 I2N2 从电磁关系上来说 变压器就从空载运行过渡到了负载运行 F2也将在铁心内产生磁通 即此时铁心中的主磁通 不再单独由一次侧绕组决定 而是由一次侧 二次侧绕组共同作用在同一磁路产生 磁动势F2的出现使主磁通 趋于改变 随之电动势E1和E2也发生变化 从而打破了原来空载运行时的平衡状态 任务二 变压器的运行 在一定的电网电压U1下 E1的改变会导致一次侧绕组电流由空载时的I0改变为负载运行时的I1 但由于电源电压和频率不变 因而相应的主磁通也应保持不变 于是为了维护主磁通 不变 一次侧绕组电流应比I0增加一个分量 I1 该电流增量所产生的磁动势 I1N1恰好与二次侧绕组电流产生的磁动势I2N2相抵消 从而保持主磁通基本不变 即 或 17 任务二 变压器的运行 此时一次侧电流为 18 上式表明变压器负载运行时 通过电磁感应关系 一 二次侧绕组的电流是紧密联系在一起的 二次侧绕组电流变化的同时必然引起一次侧电流的变化 相应地 二次侧输出功率变化的同时也必然引起一次侧从电网吸收功率的变化 任务二 变压器的运行 1 电压平衡方程式 由于实际上变压器的一 二次侧绕组之间不可能完全耦合 因而除了主磁通在一 二次侧绕组中感应的电动势E1和E2外 仅与一次侧绕组交链的一次漏磁通 1和与二次侧绕组交链的二次漏磁通 2又在各自交链的绕组内产生漏感电动势E 1和E 2 归纳起来 变压器负载运行时的电流 磁动势 磁通 电动势 电压的相互关系如图15所示 2 变压器负载运行时的基本方程 任务二 变压器的运行 图15变压器负载时各物理量之间的关系 任务二 变压器的运行 与空载时电动势平衡方程式同样的道理 按规定的各物理量正方向 利用基尔霍夫定律 可得电动势平衡方程式为一次侧 19 式中 Z1 r1 jx1为一次侧绕组的漏阻抗 是一个常数 与绕组中电流的大小无关 任务二 变压器的运行 二次侧 20 21 任务二 变压器的运行 2 磁动势平衡方程式 变压器负载运行时 一次侧绕组磁动势F1和二次侧绕组磁动势F2都作用在同一磁路上 如图9所示 于是根据磁路全电流定律可得到变压器负载运行时的磁动势方程式 22 这就是说 变压器负载运行时 作用在主磁路的两个磁动势F1和F2构成了负载时的合成磁动势F0 从而由F0建立了铁心内的主磁通 对于电力变压器 因为一次侧绕组漏阻抗压降I1Z1很小可忽略 负载时仍然有关系式U1 E1 4 44fN1 m 故负载时的主磁通 m 由F1和F2共同作用产生 近似等于空载主磁通 由F0产生 负载时的励磁电流Im与空载电流I0也近似相等 可将式 22 记为 23 整理得 24 式中 任务二 变压器的运行 负载运行时 I0 I1 可忽略I0 则有 25 这说明一 二次侧电流的大小近似与绕组匝数成反比 可见变压器两侧绕组匝数不同 不仅能改变电压 同时也能改变电流 任务二 变压器的运行 综合以上的分析 可以归纳出变压器负载运行时的基本方程式组 26 任务二 变压器的运行 任务二 变压器的运行 3 绕组折算 1 二次侧电流的折算 根据折算前后二次侧绕组磁动势不变的原则 有 27 任务二 变压器的运行 2 二次侧电动势 电压的折算 因为折算前后F2不变 故主磁通和漏磁通均未改变 根据感应电动势与匝数成正比的关系 又由于折算后的二次侧绕组与一次侧绕组匝数相同 即N2 N1 kN2 可得 同理 二次侧端电压 29 28 任务二 变压器的运行 3 二次侧漏阻抗的折算 根据折算前后副边绕组的铜损耗及无功功率不变的原则 可得 30 任务二 变压器的运行 4 负载阻抗的折算 因为阻抗为电压与电流之比 故 31 综上所述 折算过的二次侧绕组各物理量中 电动势和电压的折算值是原值乘以变比k 电流的折算值是原值除以变比k 阻抗的折算值是原值乘以k2 折算后 变压器负载运行的方程式组为 任务二 变压器的运行 32 任务二 变压器的运行 4 等效电路与相量图 1 T 形等效电路 根据方程组 32 可以画出图16所示的等效电路 图中副边所接负载阻抗的折算值为ZL 在此等效电路中 励磁支路Zm rm jxm中流过励磁电流I0 它在铁心中产生主磁通 在一次侧绕组中感应电动势E1 励磁电阻rm的损耗代表铁耗 励磁电抗xm反映了主磁通在电路中的作用 任务二 变压器的运行 图16变压器的 T 形等效电路 任务二 变压器的运行 2 近似等效电路 T 形等效电路虽能准确反映变压器运行时的物理情况 但它含有串 并联支路 运算较为复杂 考虑到电力变压器中 一般I1NZ1 Z1 因此I0Z1很小 可忽略不计 同时负载变化时 E1 E2 的变化也很小 故可认为I0不随负载变化 这样 便可将励磁支路从 T 形等效电路中前移与电源端并联 得到如图17所示的近似等效电路 也称之为 形等效电路 该电路只有励磁支路与负载支路并联 计算简化许多 而且所引起的误差也很小 任务二 变压器的运行 图17变压器的近似等效电路 任务二 变压器的运行 3 简化等效电路 在实际应用的变压器中 IN I0 通常I0约为IN的2 10 故在分析变压器满载或负载电流较大时 可近似认为I0 0 将励磁支路断开 从而得到一个更为简单的阻抗串联电路 称之为简化的等效电路 如图18所示 图中 33 式中 Zk为变压器的短路阻抗 rk为短路电阻 xk为短路电抗 变压器如果发生稳态短路 则其短路电流Ik Uk Zk必然很大 可达额定电流的10 20倍 任务二 变压器的运行 图18变压器简化等效电路 任务二 变压器的运行 4 负载时的相量图 根据基本方程式和 T 形等效电路 可画出变压器负载运行时的相量图 如图19所示 它清楚直观地表明了各物理量的大小和相位关系 任务二 变压器的运行 图19变压器负载时的相量图 感性负载 任务二 变压器的运行 任务二 变压器的运行 等效电路 方程式和相量图是用来研究分析变压器的三种基本手段 是对一个问题的三种表述 基本方程式是变压器电磁关系的数学表述形式