電力變壓器的空載運(yùn)行

電機(jī)學(xué)

ElectricalMachinery自動(dòng)化系溫志明20111電力變壓器空載運(yùn)行

10.0空載時(shí)的物理現(xiàn)象及正方向10.1感應(yīng)電動(dòng)勢10.2勵(lì)磁電流（難點(diǎn)）10.3空載時(shí)的等值電路（重點(diǎn)）2電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com空載時(shí)的物理現(xiàn)象及正方向變壓器空載的含義電磁物理現(xiàn)象正方向的規(guī)定3電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com空載時(shí)的物理現(xiàn)象及正方向變壓器空載的含義變壓器的空載運(yùn)行是指變壓器的原繞組接交流電源，副繞組開路的運(yùn)行狀態(tài)。注意和其它電機(jī)空載含義做比較；變壓器一次側(cè)和二次側(cè)符號(hào)的表示方法（用下標(biāo)1和2來進(jìn)行區(qū)分）；下標(biāo)0的含義；4電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com空載時(shí)的物理現(xiàn)象及正方向變壓器空載時(shí)的電磁物理現(xiàn)象5電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com空載時(shí)的物理現(xiàn)象及正方向6電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com空載時(shí)的物理現(xiàn)象及正方向變壓器空載時(shí)的電磁物理現(xiàn)象7電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com空載時(shí)的物理現(xiàn)象及正方向變壓器空載時(shí)的電磁物理現(xiàn)象1、主磁通與漏磁通的區(qū)別1）性質(zhì)上：與成非線性關(guān)系；與成線性關(guān)系；2）數(shù)量上：占99%以上，僅占1%以下；3）作用上：起傳遞能量的作用，起漏抗壓降作用。8電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com空載時(shí)的物理現(xiàn)象及正方向變壓器空載時(shí)的電磁物理現(xiàn)象2、空載電流說明空載時(shí)，一次測流過電流，稱為空載電流，用i0表示，記為i1=i0，由于空載時(shí)，沒有功率的輸出，電流全用來勵(lì)磁，故空載電流也稱為勵(lì)磁電流。記為im=i0

注意下標(biāo)m的含義。9電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com空載時(shí)的物理現(xiàn)象及正方向變壓器正方向的規(guī)定10電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com空載時(shí)的物理現(xiàn)象及正方向變壓器正方向的規(guī)定由于變壓器的各電、磁量都是交變的，是時(shí)間函數(shù)。對(duì)其正方向做出規(guī)定，有利于討論各電、磁量的量值關(guān)系和相位關(guān)系，否則列出的電路方程的物理意義不清。變壓器的原邊按照電動(dòng)機(jī)慣例規(guī)定正方向，即把變壓器的原邊看成是電源的負(fù)載，原邊電流的正方向依據(jù)外加電源電壓的正方向確定。11電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com空載時(shí)的物理現(xiàn)象及正方向變壓器正方向的規(guī)定變壓器的副邊按照發(fā)電機(jī)慣例規(guī)定正方向，即把變壓器的副邊看成是負(fù)載的電源，副邊電流的正方向依據(jù)副邊電勢的正方向確定，副邊電壓的正方向依據(jù)副邊電流流過負(fù)載的壓降方向確定。磁通的正方向與電流的正方向符合右手螺旋定則。12電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com空載時(shí)的物理現(xiàn)象及正方向變壓器正方向的規(guī)定感應(yīng)電動(dòng)勢的正方向與磁通的正方向符合右手螺旋定則，但是感應(yīng)電動(dòng)勢的實(shí)際方向由楞次定律確定，它總是阻礙電流及磁通變化的。變壓器的各電、磁量正方向標(biāo)示于圖中。滿足上述關(guān)系，電動(dòng)勢的公式可以寫為：13電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com感應(yīng)電動(dòng)勢一次側(cè)的電壓平衡方程式為：忽略則若外施電壓按正弦規(guī)律變化，則和φ也按正弦規(guī)律變化。設(shè)有效值14電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com感應(yīng)電動(dòng)勢有效值其中則15電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com感應(yīng)電動(dòng)勢二次側(cè)的電壓平衡方程式為：有效值其中則16電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com感應(yīng)電動(dòng)勢變比和其它分析可見，當(dāng)主磁通按正弦規(guī)律變化時(shí)，所產(chǎn)生的一次、二次主電動(dòng)勢也按正弦規(guī)律變化，時(shí)間相位上滯后主磁通。主電動(dòng)勢的大小與電源頻率、繞組匝數(shù)及主磁通的最大值成正比。17電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com將一、二次側(cè)的有效值之比記為變壓器的變比：用相量形式表示為：感應(yīng)電動(dòng)勢18電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com勵(lì)磁電流分析勵(lì)磁電流產(chǎn)生主磁通，主磁通的值受到外施電壓和電路參數(shù)的制約。勵(lì)磁電流

1、對(duì)于已經(jīng)做好的變壓器，匝數(shù)確定，根據(jù)公式可知，主磁通與外施電壓成正比。19電機(jī)學(xué)教案，

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2、若外施電壓已知，匝數(shù)確定，要產(chǎn)生一定量的主磁通，需要多大的勵(lì)磁電流，這與變壓器的鐵心材料和鐵心幾何尺寸有關(guān)，因?yàn)橐艿酱怕凤柡?、磁滯、渦流的影響。

1）、磁路飽和的影響磁路未飽和時(shí)

Φ與i0成正比，如磁化特性圖中的線性部分。按正弦規(guī)律變化，注意此時(shí)未考慮鐵耗。如圖所示。勵(lì)磁電流20電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com磁路飽和時(shí)（Bm>0.8T）由于磁路飽和，當(dāng)磁通Φ為正弦波時(shí)，勵(lì)磁電流變?yōu)榧忭敳?，磁路越飽和，尖頂幅度越大，如磁化曲線中的飽和段。（同樣也沒考慮鐵心損耗。）尖頂波可以進(jìn)行分解；但不能用相量的形式進(jìn)行分析；和額定電流相比，尖頂波的值很小。勵(lì)磁電流21電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com可以用等效正弦波電流代替尖頂波電流。等效的原則是令等效正弦波與尖頂波具有相同的有效值；與尖頂波的基波分量有相同的頻率、且同相位，等效的正弦波電流用Iμ表示。勵(lì)磁電流22電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com等效的正弦波電流Iμ與m同相位，E1滯后于m90，故Iμ滯后于-E190，Iμ具有無功電流的性質(zhì)，是勵(lì)磁電流的主要部分。

勵(lì)磁電流23電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com2）、磁滯現(xiàn)象對(duì)勵(lì)磁電流的影響由于產(chǎn)生的是交變磁場，因此存在磁滯現(xiàn)象。在磁滯現(xiàn)象作用下，勵(lì)磁電流為不對(duì)稱得尖頂波，可以分解為Iμ和Ih兩部分。Iμ為飽和引起的，稱為磁化電流分量；Ih近似為正弦波，量值很小，稱為磁滯電流分量，Ih與-E1同相。是勵(lì)磁電流的有功部分。

勵(lì)磁電流24電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com3）、渦流現(xiàn)象對(duì)勵(lì)磁電流的影響由于產(chǎn)生的是交變磁場，因此還存在渦流現(xiàn)象。用Ie表示渦流電流分量的值，Ie與-E1同相。是勵(lì)磁電流的有功部分。

綜述：由于Ie和Ih同相位，可以合并，成為鐵耗電流分量。用IFe表示。

勵(lì)磁電流25電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com則勵(lì)磁電流為：性質(zhì)：由于空載電流的無功分量遠(yuǎn)大于有功分量，所以空載電流主要是感性無功性質(zhì)——也稱勵(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，產(chǎn)生主磁通——無功分量；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。勵(lì)磁電流26電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com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%來表示：3、勵(lì)磁特性的電路模型（勵(lì)磁電流的工程計(jì)算）勵(lì)磁電流27電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com從上述分析可知：與同相位，滯后90o，這樣便可利用下面公式對(duì)上述分析進(jìn)行簡化。式中的參數(shù)分別稱為:勵(lì)磁電導(dǎo)、勵(lì)磁電納、勵(lì)磁導(dǎo)納勵(lì)磁電流28電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com從圖中可知：

利用電路的串并聯(lián)轉(zhuǎn)換，可以將左邊的電路改造為下圖。

勵(lì)磁電流29電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com勵(lì)磁電流30電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com-----勵(lì)磁電抗，對(duì)應(yīng)主磁通的電抗。需要指出的是：1、并非實(shí)質(zhì)電阻，是為計(jì)算鐵耗而引進(jìn)的模擬電阻。2、由于磁路呈現(xiàn)非線性，鐵耗值是變量，因此也是變量，在變壓器外施額定電壓時(shí)，其變化范圍不大，可以近似認(rèn)為是常數(shù)。-----勵(lì)磁阻抗-----勵(lì)磁電阻，對(duì)應(yīng)鐵損耗的等效電阻；勵(lì)磁電流31電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com三、漏抗分析漏電動(dòng)勢也可以用漏抗壓降來表示，即根據(jù)主電動(dòng)勢的分析方法，漏電動(dòng)勢同樣有勵(lì)磁電流由于漏磁通主要經(jīng)過非鐵磁路徑，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。32電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com電路方程、等效電路和相量圖1、電動(dòng)勢平衡方程式根據(jù)前面對(duì)勵(lì)磁電流和漏抗參數(shù)的分析，現(xiàn)在我們可以把變壓器空載運(yùn)行時(shí)的全部電磁現(xiàn)象用一復(fù)數(shù)電路來表示。1）、電流平衡方程式空載時(shí)的等值電路2）、勵(lì)磁支路電壓降33電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com3）、一次側(cè)電壓平衡方程式：Z1稱為一次側(cè)繞組的漏阻抗4）、二次側(cè)電壓平衡方程式：根據(jù)上述4個(gè)基本方程式，可以畫出變壓器空載運(yùn)行時(shí)的等效電路圖和相量圖，這種方法具有一般意義?？蛰d時(shí)的等值電路34電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com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)。2、等效電路圖空載時(shí)的等值電路35電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com3、相量圖（5）（4）（3）滯后，；（1）以為參考相量（2）與同相，超前，空載時(shí)的等值電路36電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com小結(jié)（1）一次側(cè)主電動(dòng)勢與漏阻抗壓降總是與外施電壓平衡,若忽略漏阻抗壓降，則一次主電勢的大小由外施電壓決定.（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)及幾何尺寸基本無關(guān)。（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?？蛰d時(shí)的等值電路37電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com（5）對(duì)三相變壓器，變比為一、二次側(cè)的相電動(dòng)勢之比，近似為額定相電壓之比，具體為Y，d接線D，y接線（6）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。（4）電抗是交變磁通所感應(yīng)的電動(dòng)勢與產(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?？蛰d時(shí)的等值電路38電機(jī)學(xué)教案，

太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系溫志明，wasxty_99@163.com空載時(shí)的等值電路例、一臺(tái)三相變壓器，Y/Y連接，額定容量SN=100KVA，額定電流I1N/