变压器空载运行

1、主讲：金献忠主讲：金献忠第五讲 单相变压器的空载运行 电磁关系一、物理情况1U1EE120U0I2(I )11U2U1u2u02E10RI1U0I100NIF1E011E2E 电磁关系一、物理情况0I 电磁关系一、物理情况1U2U1u2u0I 电磁关系一、物理情况 电磁关系一、物理情况1U2U1u2u2(I )11U2U1u2u0I2(I )11U2U1u2u1E0I2(I )11U2U1u2uE11E0I2(I )11U2U1u2u2EE11E0I2(I )11U2U1u2u20U2EE11E0I2(I )11U2U1u2u20U2EE11E0I2(I )11U2U1u2u20U2EE11E

2、0I2(I )11U2U1u2u变压器变压器变压器空载运行：变压器空载运行：变压器的一次绕组加上额变压器的一次绕组加上额定电压，二次绕组开路。定电压，二次绕组开路。变压器第五讲 单相变压器的空载运行强调强调：磁通与产生它的电流之间符合右手螺旋定则；电动势与感磁通与产生它的电流之间符合右手螺旋定则；电动势与感应它的磁通之间符合右手螺旋定则。应它的磁通之间符合右手螺旋定则。一次侧遵循电动机惯例，二次侧遵循发电机惯例。一次侧遵循电动机惯例，二次侧遵循发电机惯例。二、各电磁量参考方向的规定1 1）性质上：）性质上： 与与 成非线性关系；成非线性关系； 与与 成线性关系成线性关系；2 2）数量上：）数量

3、上： 占占99%99%以上，以上， 仅占仅占1%1%以下以下；3 3）作用上：）作用上： 起传递能量的作用，起传递能量的作用， 起漏抗压降作用。起漏抗压降作用。0000I0I111主磁通与漏磁通的区别主磁通与漏磁通的区别变压器第五讲 单相变压器的空载运行同理，二次主电动势也有同样的结论。同理，二次主电动势也有同样的结论。 可见，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动可见，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通 。主电动势。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。的大小与电源频率、绕组匝

4、数及主磁通的最大值成正比。090114.44mEjfN 相量114.44mEfN 有效值0011112-9090mmdeNfN sin(t)Esin()dtt 则tsinm设三、感应电动势分析 1.主磁通感应的电动势主磁通感应的电动势主电动势主电动势变压器第五讲 单相变压器的空载运行由于漏磁通主要经过非铁磁路径由于漏磁通主要经过非铁磁路径, ,磁路不饱和磁路不饱和, ,故磁阻很大且为故磁阻很大且为常数常数, ,所以漏电抗所以漏电抗 很小且为常数很小且为常数, ,它不随电源电压负载情况它不随电源电压负载情况而变而变. .1X11001EjL IjI X 漏电动势也可以用漏抗压降来表示，即漏电动势

5、也可以用漏抗压降来表示，即1114.44mEjfN 1114.44EfN 2.漏磁通感应的电动势漏磁通感应的电动势漏电动势漏电动势根据主电动势的分析方法，同样有根据主电动势的分析方法，同样有变压器第五讲 单相变压器的空载运行00N100II %I大小大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关，用空载电流百分数关，用空载电流百分数I I0 0% %来表示来表示： 性质性质：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流主要是感性无功性质也称励磁电流；也称励磁电流；

6、2、性质和大小空载电流空载电流 包含两个分量，一个是励磁分量包含两个分量，一个是励磁分量 ，作用是建立磁，作用是建立磁场，另一个是铁损耗分量场，另一个是铁损耗分量 ，主要作用是供铁损耗。，主要作用是供铁损耗。0IaI0rI01. 作用与组成四、四、空载电流和空载损耗空载电流和空载损耗（一）、空载电流变压器第五讲 单相变压器的空载运行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。相量图和计算式中常用正弦的电流代替实际的空载电流。 当空载电流按正弦规律变当空载电流按正弦规律变化时，主

7、磁通呈尖顶波形。化时，主磁通呈尖顶波形。 当磁通按正弦规律当磁通按正弦规律变化时，空载电流呈尖变化时，空载电流呈尖顶波形。顶波形。3、空载电流波形由于磁路饱和，空载电流由于磁路饱和，空载电流与由它产生的主磁通与由它产生的主磁通呈非呈非线性关系。线性关系。t0i3211230i变压器第五讲 单相变压器的空载运行 空载损耗约占额定容量的空载损耗约占额定容量的0.2%0.2% 1%1%，而且随变压器容量的，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。质铁磁材料：优质

8、硅钢片、激光化硅钢片或应用非晶态合金。21.3mFePBf 对于已制成变压器，铁损与磁通密度幅值的平方成正比，对于已制成变压器，铁损与磁通密度幅值的平方成正比，与电流频率的与电流频率的1.31.3次方成正比，即次方成正比，即（二）、空载损耗。，PP，RI。RIP,PFeFe耗耗即即空空载载损损耗耗近近似似为为铁铁损损所所以以均均很很小小和和由由于于和和绕绕组组铜铜损损耗耗耗耗供供给给铁铁损损电电源源吸吸收收少少量量有有功功功功率率变变压压器器空空载载时时一一次次侧侧从从 0101200变压器第五讲 单相变压器的空载运行重要公式 可见，影响主磁通大小的因素有可见，影响主磁通大小的因素有电源电压电

9、源电压和和频率频率，以及，以及一次线圈的匝数一次线圈的匝数。11114.444.44mEUfNfN则1114.44mUEfN 忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有1110110101110UEEI REI RjI XEZ I （1 1）一次侧电动势平衡方程）一次侧电动势平衡方程1 1、电动势平衡平衡方程、电动势平衡平衡方程五、五、空载时的电动势方程、等效电路和相量图空载时的电动势方程、等效电路和相量图（一）、电动势平衡方程和变比变压器第五讲 单相变压器的空载运行NNUU3k21D，y接线接线Y，d接线接线NNU3Uk21 对三相变压器，变比为一、

10、二次侧的相电动势之比，近似对三相变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近似为额定相电压之比，具体为为额定相电压之比，具体为定义定义112112022NNUUENkENUU2 2、变比、变比（2 2）二次侧电动势平衡方程）二次侧电动势平衡方程220EU变压器第五讲 单相变压器的空载运行空载时等效电路为空载时等效电路为01101011I)jX(RI)jX(RZIEUmm一次侧的电动势平衡方程为一次侧的电动势平衡方程为100mmmEI (RjX)I Z 即即等等效效用用电电阻阻所所以以还还要要引引入入一一个个在在铁铁心心中中引引起起铁铁损损由由于于降降表表示示也也用用电电抗抗压压感感应应的的电电动

11、动势势表表示示法法基基于于,PRI,R,P,E,XI jEFemmFe201101 （二）、空载时的等效电路和相量图（二）、空载时的等效电路和相量图1 1、等效电路、等效电路变压器第五讲 单相变压器的空载运行mmmZ,X,R励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。由于磁路具有饱励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗。由于磁路具有饱和特性，所以和特性，所以 不是常数，随磁路饱和程度增大而减不是常数，随磁路饱和程度增大而减小。小。mmmjXRZ11XX,RRmm由于由于 ，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只是一个是一个 元件的电路。在元件的电路。在 一定的情况下，一定的情况下， 大

12、小取决于大小取决于 的大小。从运行角度讲，希望的大小。从运行角度讲，希望 越小越好，所以变压器常采用越小越好，所以变压器常采用高导磁材料，增大高导磁材料，增大 ，减小，减小 ，提高运行效率和功率因数。，提高运行效率和功率因数。 mZmZ0I0ImZ1U0I变压器第五讲 单相变压器的空载运行1E1E2Em10XI j01IR1U1U（5）1001XI j,IR（4）1E（3） 滞后 ， ；090m21E,E（2） 与 同相， 滞后 ，mar0III00090aI0rI0（1）以 为参考相量m2 2、相量图、相量图根据前面所学的方程，可作根据前面所学的方程，可作出变压器空载时的相量图：出变压器空载

13、时的相量图：aI0rI00I变压器第五讲 单相变压器的空载运行（4 4）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）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，线性磁路中，电抗为常数，非线性电路中，电抗的大小随值，线性磁路中，电抗为常数，非线性电路中，电抗的大小随磁路的饱和而减小。磁路的饱和而减小。（3 3）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关，铁心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。（2 2）主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，）主磁通大小由电源电压、电源频

14、率和一次线圈匝数决定，与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。空载运行小结空载运行小结（1 1）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡, ,若忽若忽略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定. .变压器第五讲 单相变压器的空载运行变压器第五讲 单相变压器的空载运行变压器第五讲 单相变压器的空载运行变压器第五讲 单相变压器的空载运行变压器第五讲 单相变压器的空载运行变压器第五讲 单相变压器的空载运行变压器第五讲 单相变压器的空载运行变压器第五讲 单相变压器的空载运行变压器第五讲 单相变压器的空载运行变压器第五讲 单相变压器的空载运