8電機(jī)學(xué)－變壓器工作原理運(yùn)行分析

1、內(nèi)容回顧2-4變壓器的參數(shù)測定空載實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模呵蟪鲎儽?k、空載損耗 p0 和激磁阻抗 Zm 。注意事項(xiàng)：為了試驗(yàn)安全和儀表選擇方便，一般在低壓邊加實(shí)驗(yàn)步驟：進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，高壓邊開路，低壓邊加上額定電壓U1N，測量副邊電壓U20 、空載電流I0及空載輸入功率p0 。參數(shù)計(jì)算：zm z0 U1NIr 0p0Im0Ix 20zr2m000k 高壓邊匝數(shù) U 20低壓邊匝數(shù)低壓邊電動(dòng)U1N內(nèi)容回顧短路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模呵蟪鲐?fù)載損耗 pk 、短路阻抗Zk 和短路電壓 uk。注意事項(xiàng)：為了便于測量，穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)通常將高壓繞組接到實(shí)驗(yàn)步驟：進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，副邊短路，原邊通過調(diào)壓器接到電pk 。測量這時(shí)的電壓 Uk

2、，原邊電流 Ik，和輸入功率參數(shù)計(jì)算：UzkkUIkrpkzk75Cr2rk75Cr(2352xkxIk2Ikzr22xkkkzr22k75Ck(235)阻抗電壓所謂阻抗電壓是短路阻抗與原邊額定電流的乘積用原：u I1Nzk75z100%UkU1N上式表明，阻抗電壓就是變壓器短路電流達(dá)額定值時(shí)u I1Nrk75r100%UkrU1NukxI1N xk U100%uk1Nuu22uukrkx內(nèi)容回顧2-5標(biāo)幺值（p.u值）標(biāo)幺值實(shí)際值基值標(biāo)幺值的表示方法：當(dāng)選用額定值為基值時(shí)，原、副邊電壓、電流的標(biāo)幺U1*U1U1U1N*U2U2U2NU2原、副繞組阻抗的基值分別取z1NU1N/ I1N ,z2

3、U2/ I2N原、副繞組漏阻抗的標(biāo)幺值為 ：zzz I1N Uz2zzz I2 N z2U1N1N2N2N計(jì)算標(biāo)幺值時(shí)應(yīng)注意以下問題：在三相變壓器中，實(shí)際值為相值，則基值也應(yīng)在對(duì)稱三相電路中，線值和相值的標(biāo)幺值是相等的。在交流電路里，最大值和有效值的標(biāo)幺值是相等的。實(shí)際值與基值的單位必須一致?；惦m然可以任意選取，但電壓 U、電流 I、 Z和視在功率 S基值之間必須滿足歐姆定律表達(dá)式、功率表達(dá)式。四個(gè)量中有兩個(gè)量的基值可以任4) 歸算值的基值，應(yīng)取被歸算到所在邊的基值。* Ir2r I(kr ) r 2N2 1N21N2 1N2U2U1N/U1NU1N采用標(biāo)幺值具有下列優(yōu)點(diǎn)：不論變壓器的容量相

4、差多大，用標(biāo)幺值表示的參數(shù)采用標(biāo)幺值時(shí)，原、副邊各物理量不需要進(jìn)行歸算* Ir2r I(kr ) r 2N2 1N21N2 1N2U2U1N/U1NU1N采用標(biāo)幺值后，各物理量的數(shù)值簡化。采用標(biāo)幺值后，各物理量額定值的標(biāo)幺值等于1，采用標(biāo)幺值后，某些物理量具有相同的數(shù)值，例zk*zkzkzN IN zkUN UkUNU ukrku*rkukkrxu*xukkx采用標(biāo)幺值具有下列缺點(diǎn)：標(biāo)幺值的缺點(diǎn)是沒有單位，因而物理概念不明確，變壓器的運(yùn)行分析2-6 變壓器的運(yùn)行性能電壓調(diào)整率當(dāng)原邊接在額定頻率和額定電壓的電網(wǎng)上，空載 U20 與在給定負(fù)載功率因數(shù)下副邊電壓 U2的算術(shù)差，用副邊額定電壓的百分?jǐn)?shù)

5、表示的數(shù)值，即:U U20UU2N100%UNUUN100% U1NU100%U1N注：變壓器帶上負(fù)載之后，由于變壓器內(nèi)部的漏阻抗 U2 與空載電壓 U20 不相等，通常用電壓調(diào)整率來表示副邊電壓變化的程度。電壓調(diào)整率是表征變壓器運(yùn)行性能的重要數(shù)據(jù)之一，它反映了變壓器供電電壓的穩(wěn)定性。電壓調(diào)整率U與變壓器的參數(shù)和負(fù)載性質(zhì)有關(guān)，簡化相量圖求出。1NxkP2F2EBC1OU U1NU100% CD100%U1NU1N cos2 I1 sin2100%U1N(II1N Ucos2IIII1N xk Usin100%1N1N1N1Nxk2 (ukrxk2cos2ukxsin2)100%k (r*kco

6、s2* sin)100%U (ukrcos2ukxsin2)1 (uxk22xk2cos2ukrsin2)kk22 (r*kk22cos2 *sin)12(x*k2kcos2r*sin2)討論：1）I1/I1N= I2/I2N 稱為負(fù)載系數(shù)，額定負(fù)載時(shí)， 1；2）電壓調(diào)整率隨著負(fù)載電流的增加而正比增加，3)* r* ，故在純電阻負(fù)載時(shí)，xkkkk22電壓調(diào)整率很小。在感性負(fù)載時(shí)，U為正值；若xkkkk22負(fù)載為容性，在x* sinr*cos時(shí)， U為負(fù)值，即負(fù)載時(shí)副邊電壓反而比空載電壓高。變壓器的運(yùn)行分析2-6 變壓器的運(yùn)行性能損耗與效率變壓器產(chǎn)生的損耗：負(fù)載損耗和鐵耗?；矩?fù)載損耗電流流過線

7、圈所產(chǎn)生的電阻損耗。負(fù)載損耗附加負(fù)載損耗漏磁場引起的電流集膚效應(yīng)，使有效電阻、銅耗增加的這部分損 耗；以及漏磁場在結(jié)構(gòu)部件中引起 的渦流損耗等。附加負(fù)載損耗很難 準(zhǔn)確計(jì)算，一般是把直流電阻乘上 基本鐵耗變壓器鐵芯中的磁耗、渦流損耗鐵耗附加鐵耗包括疊片間由于絕緣損傷所引起的局部渦流損耗、主磁通在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗以及高壓變壓器中的介質(zhì)損耗等。說明：負(fù)載損耗與負(fù)載電流的平方成正比，因而負(fù)載損1鐵耗近似正比于 Bm2，在已制成的變壓器中近似于 U12。由于變壓器的原邊電壓一般保持為 U11U1N ，故鐵耗又稱為不變損耗。變壓器的效率：輸出功率和輸入功率之比就是效率， 100%變壓器效率也是表征

8、變壓器性能的重要指標(biāo)，它表征 p p fe pcu 100% p 100%p 1100%p 1p fe pcu100%p fe pcu p 2p10kN100%NNcos2 p0 2kN為簡便計(jì)，計(jì)算時(shí)作下列假定（滿足工程實(shí)際要求）：1）計(jì)算P2 時(shí)，忽略負(fù)載時(shí)U2 的變化。即認(rèn)為：2 I2cos2U2I2(I2I2)cos2 SNcos22）認(rèn)為負(fù)載時(shí)的鐵耗等于額定電壓下的空載損耗p0 ，PfeP0 常數(shù)3）認(rèn)為額定負(fù)載時(shí)的負(fù)載損耗等于額定電流時(shí)的短損耗。穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)時(shí)，外加電壓很低，故鐵心磁p I2r I1I2 2p2cu12I1N1NkkN討論：max0.20.81.01）在一定性質(zhì)的負(fù)

9、載下，效率隨負(fù)載系數(shù)而變化。取的負(fù)載系數(shù)代入，可得f(max0.20.81.01.00.50m討論：空載時(shí)輸出功率為零，所以0 。負(fù)載小時(shí)，空載 p0 占輸出功率的百分?jǐn)?shù)較大，效率很低。負(fù)載增加時(shí)，P2 增加,上升。當(dāng)超過某一負(fù)載時(shí)，與2 成正比的負(fù)載損耗增加很快，效率反而下降。這樣，效率有一最大值。max的求取：令d 0dp0p0pkNp02或m 即當(dāng)不變損耗等于可變損耗時(shí)，效率達(dá)到最大值。2p 0100%max p0pSNpSkNcos2 2p0 討論：由于變壓器長期接在線路上，鐵耗總是存在的，損耗隨負(fù)載變化而變化，故鐵耗小對(duì)全年的平均效率有利。一般變壓器的最大效率發(fā)生在0.50.6左右。

10、變壓器的運(yùn)行分析作業(yè)本章小結(jié)變壓器的運(yùn)行分析根據(jù)變壓器內(nèi)部磁場的實(shí)際分布情況和所起的作用不主磁通沿鐵心閉合，在原、副線圈內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢，在變壓器中，既有電路問題，又有磁路問題，且磁路和Zm、漏電抗x1 和x2 ，再經(jīng)過歸算，變壓器中的電磁關(guān)系就可以用一個(gè)原、副邊之間有電流聯(lián)系的等效電路來代替。分析變壓器內(nèi)部的電磁關(guān)系可采用三種方法，基本方程基本方程式是電磁關(guān)系的一種數(shù)學(xué)表達(dá)式，相量圖是基本方程式的一種圖形表示法，而等效電路是從基本式出發(fā)用電路來模擬實(shí)際變壓器，因此，三者完全一致，知道了其中一種就可以推導(dǎo)出其它兩種。由于解方程式組比較復(fù)雜，在實(shí)際工作中，如作定性分析可采用相量圖，如作定量計(jì)算，則采

11、用等效電路。無論列基本方程式、畫相量圖和等效電路，都必須首正方向規(guī)定的不同，方程式中各物理量的符號(hào)和相量圖相量方向也不同。激磁電抗xm、漏電抗x1 和x2 的每一個(gè)電抗都與磁場中的一個(gè)磁通相對(duì)應(yīng)。xm 對(duì)應(yīng)于主磁通，漏電抗x1 和x2 則分別對(duì)應(yīng)于原、副繞組的漏磁通。由于主磁通沿鐵心閉合，受磁路飽和的影響，故參數(shù)xm 不是常數(shù)。漏磁通主要通過非磁性物質(zhì)閉合，基本上不受鐵心飽和的影響，所以x1 和 x2 基本上是常數(shù)。電壓調(diào)整率U 和效率是變壓器的主要性能指標(biāo)。U 的大小表明了變壓器運(yùn)行時(shí)副邊電壓的穩(wěn)定性，效則表明運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。參數(shù)對(duì)U和有很大的對(duì)已制成的變壓器，參數(shù)可以通過試驗(yàn)測出。從電kk壓調(diào)整率的觀點(diǎn)看，希望短路阻抗zkk*小些，但z*過小，k變壓器短路電流過大，短路電磁力亦大。因此國家標(biāo)準(zhǔn)種容量變壓器的 zk*都做了規(guī)定，一般而言，容量kk越大，電壓愈高，z* 亦愈大。k本章結(jié)論對(duì)三相變壓器對(duì)稱運(yùn)行同樣適用，只是研究 變壓器的運(yùn)行分析例題m ，若電源電壓不變，在額定負(fù)載時(shí)其主磁通近似為（）Z1=Z2，則副邊穩(wěn)態(tài)短路時(shí)的主磁通近似為（）。變壓器的運(yùn)行分析例題一臺(tái)三相變壓器，額定電壓為380