第二章变压器基本作用原理

1、第二章变压器基本作用原理 第二章变压器基本作用原理 n电力变压器的基本结构电力变压器的基本结构 q铁芯：铁芯：0.35mm硅钢片叠压而成硅钢片叠压而成 n铁芯柱：用于套线圈的部分铁芯柱：用于套线圈的部分 n铁轭：用于闭合磁路的部分铁轭：用于闭合磁路的部分 n装配方式：交叠装配装配方式：交叠装配 第二章变压器基本作用原理 第二章变压器基本作用原理 第二章变压器基本作用原理 安装中的三相电力变压器 第二章变压器基本作用原理 第二章变压器基本作用原理 N N N N N N U S I U S I 2 2 1 1 ， 单相变压器：单相变压器： 三相变压器：三相变压器： N N N N N N U S

2、 I U S I 2 2 1 1 33 ， 第二章变压器基本作用原理 第二章变压器基本作用原理 第二章变压器基本作用原理 1101 UEI R 第二章变压器基本作用原理 1122 , dd eNeN dtdt （1） 11 cos m EEtsin m t 11mm EN 1 11 4.44 2 m m N EfN 第二章变压器基本作用原理 11 22 EN k EN 第二章变压器基本作用原理 第二章变压器基本作用原理 t 0 i 32 1 1 2 3 0 i t 0 i 第二章变压器基本作用原理 N I KI 第二章变压器基本作用原理 由于尖顶波不能用相量表示，将它由于尖顶波不能用相量表示，

3、将它 用相同的有效值、相同的基波频率用相同的有效值、相同的基波频率 且同相位的正弦电流等效。该等效且同相位的正弦电流等效。该等效 的正弦量用的正弦量用 表示，称为磁化电流。表示，称为磁化电流。 由于由于 与与 同相位，而同相位，而 滞后滞后- 90 ，所以，所以 滞后滞后- 90 ，具有，具有 无功电流的性质。无功电流的性质。 激磁电流是空载电流的主要组成部激磁电流是空载电流的主要组成部 分。分。 I m 1 E I m 1 E I m I 第二章变压器基本作用原理 n由于磁滞效应，磁化曲线的上升段和下降段不一致，使得励由于磁滞效应，磁化曲线的上升段和下降段不一致，使得励 磁电流波形不对称，可

4、分解为一个尖顶波和一个超前磁电流波形不对称，可分解为一个尖顶波和一个超前 90 的的 正弦波。该正弦分量称为磁滞电流分量，与正弦波。该正弦分量称为磁滞电流分量，与 同相位，是同相位，是 有功电流分量（为什么？）。有功电流分量（为什么？）。 m 第二章变压器基本作用原理 变磁通在铁芯中产生涡流及涡流损耗。与涡流损耗对应的电流变磁通在铁芯中产生涡流及涡流损耗。与涡流损耗对应的电流 分量称为分量称为涡流电流分量涡流电流分量，是，是有功电流有功电流分量，根据功率定义，必然分量，根据功率定义，必然 与感应电势同相位。与感应电势同相位。 磁滞电流分量和涡流电流分量同相位，可以统称为铁耗电流分磁滞电流分量和

5、涡流电流分量同相位，可以统称为铁耗电流分 量：量： ehFe III 如此，励磁电流可以表示为铁耗电流和磁化电流两个分量：如此，励磁电流可以表示为铁耗电流和磁化电流两个分量： III Fem 第二章变压器基本作用原理 注意：注意：rm 并不是实际存在的电阻，而是为了计算铁耗而引进的模拟并不是实际存在的电阻，而是为了计算铁耗而引进的模拟 电阻。电阻。 第二章变压器基本作用原理 第二章变压器基本作用原理 ?思考：思考： ? rm 和和 xm 大一点好还是小一点好？大一点好还是小一点好？ ? rm 和和 xm 的大小与哪些因素有关？的大小与哪些因素有关？ 第二章变压器基本作用原理 220 10111

6、011 1 0 )( EU ZIEjxrIEU ZIE IIII mm Fem 第二章变压器基本作用原理 第二章变压器基本作用原理 物理现象物理现象 第二章变压器基本作用原理 12211 NININI m 磁动势平衡式：磁动势平衡式： 1 2 21 N N III m 电流表达式：电流表达式： 励磁支路电压降：励磁支路电压降： mmZ IE 1 1111 ZIEU 一次电压平衡式：一次电压平衡式： 2222 ZIEU 二次电压平衡式：二次电压平衡式： 2 1 2 1 E E N N k 电压变比：电压变比： 第二章变压器基本作用原理 第二章变压器基本作用原理 ： 第二章变压器基本作用原理 第二

7、章变压器基本作用原理 第二章变压器基本作用原理 n 第二章变压器基本作用原理 k I N N IININI 2 1 2 222212 2 2 2 222222 kE I I EEIEIE 2 2 2 2 2 2 22 2 22 2 2 rkr I I rrIrI 第二章变压器基本作用原理 21 22 2222 1111 1 21 EE ZIU ZIEU ZIEU ZIE III L mm m 第二章变压器基本作用原理 注意！对于三相变压器，等效电路指的是某一相的等效，注意！对于三相变压器，等效电路指的是某一相的等效， 而不是三相的等效。而不是三相的等效。 第二章变压器基本作用原理 v 前提：电

8、路参数和负载已知。前提：电路参数和负载已知。 v 组成：二次电压相量图、电流相量图和一次电压组成：二次电压相量图、电流相量图和一次电压 相量图。相量图。 2 U 2 2 I 22r I 22x I j 12 EE m m I 21 II L 1 I 1 E 11r I 11x I j 1 U 1 Fe I I 第二章变压器基本作用原理 励磁电流励磁电流Im(0.03 0.08)I1N。 合并原边、副边阻抗，合并原边、副边阻抗， 略去励磁电流。略去励磁电流。 第二章变压器基本作用原理 思考题： 第二章变压器基本作用原理 思考题 第二章变压器基本作用原理 1 m m E X I 1 m 11 I

9、4.44, mm m N EfN R 2 1 4.44 m m fN X R m X 第二章变压器基本作用原理 思考题： 2变压器的其它条件不变，仅将原、副边线圈匝数增加变压器的其它条件不变，仅将原、副边线圈匝数增加 10，试问对，试问对X1和和xm的影响怎样？如果仅将外施电的影响怎样？如果仅将外施电 压升高压升高10，其影响怎样？如果仅将频率升高，其影响怎样？如果仅将频率升高10， 其影响又怎样？其影响又怎样？ 提示：把握住电势平衡，利用等效参数的定义和磁路欧提示：把握住电势平衡，利用等效参数的定义和磁路欧 姆定律进行分析。姆定律进行分析。 第二章变压器基本作用原理 一、定义：一、定义： 标

10、幺值标幺值 = 某物理量实际值某物理量实际值 该物理量的基值该物理量的基值 二、基值：二、基值： v 电压基值：额定电压。电压基值：额定电压。 v 容量基值：额定容量。容量基值：额定容量。 v 电流和阻抗基值：一般都先选定电压及功率基值，电流和阻抗基值：一般都先选定电压及功率基值， 其余由电路基本规律算得。其余由电路基本规律算得。 标幺值标幺值 ：per unit，即每单位，即每单位 之意之意 第二章变压器基本作用原理 三、标幺值的表示：用下标三、标幺值的表示：用下标“*”表示。表示。 bbb Z Z Z I I I U U U 1 1 *1 1 1 *1 1 1 *1 ， 对于三相系统，要注

11、意其基值是线间额定值，因此要注意对于三相系统，要注意其基值是线间额定值，因此要注意 区分三相线圈的不同连接方式。区分三相线圈的不同连接方式。 bbb Z Z Z I I I U U U 2 2 *2 2 2 *2 2 2 *2 ， b1 N1 b1 lN 1 lN1 N 1 bb 1 b 1 lN S= S, U= U th en : US I=, Z= I 3U 3 第二章变压器基本作用原理 四、标幺值的优点四、标幺值的优点 1、计算方便且容易判断错误。、计算方便且容易判断错误。 2、用标幺值计算的同时也起到归算的作用。、用标幺值计算的同时也起到归算的作用。 3、用标幺值更能说明问题的实质。

12、、用标幺值更能说明问题的实质。 第二章变压器基本作用原理 一、空载实验：一、空载实验： v 目的：求取目的：求取 rm 和和 xm 。 v 方法：低压侧加额定电压（方法：低压侧加额定电压（U0），高压侧开路，），高压侧开路， 测取测取 p0 和和 I0。 000 IUZ v 计算：计算： mm rrrIpr 1 2 000 mm xxxrZx 1 2 0 2 00 第二章变压器基本作用原理 v 说明：说明： 1、以上计算所得参数为低压侧参数，如实验在高压、以上计算所得参数为低压侧参数，如实验在高压 侧进行，则计算所得参数为高压侧参数。侧进行，则计算所得参数为高压侧参数。 2、励磁参数随铁芯饱和

13、程度而变化，所以空载实验、励磁参数随铁芯饱和程度而变化，所以空载实验 应在额定电压下进行。应在额定电压下进行。 3、对于三相变压器，计算式中的数值均应是每相值，、对于三相变压器，计算式中的数值均应是每相值， 计算结果也是每相值。计算结果也是每相值。 第二章变压器基本作用原理 v 目的：求取目的：求取 rk 和和 xk 。 v 方法：低压侧短路，调节高压侧电压方法：低压侧短路，调节高压侧电压Uk，使短路，使短路 电流不超过额定电流，测取电流不超过额定电流，测取 pk 和和 Ik。 注意！决不允许在额定电压下进行短路实验，注意！决不允许在额定电压下进行短路实验， 因为此时因为此时 Ik =（9.5

14、 20）IN ，将损坏变压器。，将损坏变压器。 kkk IUZ v 计算：计算： 2 kkk Ipr 22 kkk rZx 第二章变压器基本作用原理 v 用电桥测出一、二次侧直流电阻值，再用以下两用电桥测出一、二次侧直流电阻值，再用以下两 式联立求解可分离出一、二次侧电阻值。式联立求解可分离出一、二次侧电阻值。 21 2 2 1 1 rrr r r r r k DD ， v 一、二次侧漏抗不能用实验的方法分离，一般可一、二次侧漏抗不能用实验的方法分离，一般可 认为两者归算到同一侧的值相等。认为两者归算到同一侧的值相等。 v 由于电阻随温度而变化，按照电力变压器标准规由于电阻随温度而变化，按照电

15、力变压器标准规 定，需将实验所得电阻换算到定，需将实验所得电阻换算到75时的值：时的值： 22 7575 75 75 228 75228 5 .234 755 .234 kkk kk kk xrZ rr rr （铝线）（铝线） （铜线）（铜线） 第二章变压器基本作用原理 短路实验时，短路电流为额定电流时的外加电压称为短路实验时，短路电流为额定电流时的外加电压称为 短路电压，是一重要参数，可用标幺值表示为：短路电压，是一重要参数，可用标幺值表示为： * * 75 * * k N kN k k N kN a k N kN k x U xI u r U rI u Z U ZI u 短路电阻标幺值还可

16、表示为：短路电阻标幺值还可表示为： N kN NN kN k S p IU rI r 75 2 * 若短路电流不为额定值，若短路电流不为额定值，pkN可用下式计算：可用下式计算： k k N kN p I I p 2 第二章变压器基本作用原理 一、电压变化率一、电压变化率 v 定义：一次侧电压为额定电压时，空载与额定负定义：一次侧电压为额定电压时，空载与额定负 载两种情况下的二次侧电压算术差与空载电压之比。载两种情况下的二次侧电压算术差与空载电压之比。 100% 20 220 U UU U 第二章变压器基本作用原理 ABC 1212 cos, sin N kNk UABBC ABIrBCIx

17、v 注意：注意： 上式中的上式中的 2 为二次侧电压超前电流的角度，感性负载时为正值，为二次侧电压超前电流的角度，感性负载时为正值， 容性负载时为负值。容性负载时为负值。 当当2 为负值时，为负值时， U 可能为负值，说明变压器带容性负载时，二可能为负值，说明变压器带容性负载时，二 次侧电压可能高于空载电压。次侧电压可能高于空载电压。 v 额定电压变化率：额定电压变化率：cos2 = 0.8（滞后）时额定负载的电压变化率。约为（滞后）时额定负载的电压变化率。约为 5% 8%。 第二章变压器基本作用原理 v 变压器的损耗可以分为铜耗和铁耗：变压器的损耗可以分为铜耗和铁耗： 铜耗铜耗 基本铜耗：电流流过绕组产生的直流电阻损耗。基本铜耗：电流流过绕组产生的直流电阻损耗。 附加铜耗：趋肤效应、内部环流和漏磁场引起附加铜耗：趋肤效应、内部环流和漏磁场引起 的损耗。的损耗。 铁耗铁耗 基本铁耗：主磁通在铁芯中引起的磁滞损耗和基本铁耗：主磁通在铁芯中引起的磁滞损耗和 涡流损耗。涡流损耗。 附加铁耗：主磁通在其他部件中引起的涡流损附加铁耗：主磁通在其他部件中引起的涡流损 耗。耗。 第二章变压器基本作用原理 v效率计算方法：间接法（损耗分离法）。效率计算方法：间接法（损耗分离法）。 铁耗铁耗 pFe