首页动力电气电气工程电机学 03 第二章 变压器的运行分析(1).docx

03 第二章 变压器的运行分析(1).docx

页数:8页文件大小:164.1 KB来源: 电机学ppt课件

本课件规定变压器各电磁量的正方向,分析空载运行时主磁通与漏磁通、感应电动势与空载电流波形,进而推导负载运行的磁动势平衡、绕组归算与等效电路。

变压器运行时各电磁量正方向规定图,标注电压、励磁电流、磁通与电动势的参考方向
变压器空载运行接线图与磁通分布图,区分同时链着原副绕组的主磁通和仅链原边的漏磁通
变压器空载运行等效电路图,给出一次侧漏抗压降表示与 U1≈E1=4.44fN1Φm 的平衡关系
查看本课件的文字版(共 8 页,供检索与复制)

第1页:变压器各电磁量的规定正方向

变压器运行时电压、电动势、电流和磁通都是交变量,为正确表示它们之间的相位关系,必须事先规定正方向。

  • 电压方向从 A 指向 X;
  • 励磁电流由 A 流向初级绕组,符合右手螺旋关系;
  • 主磁通与励磁电流方向一致;
  • 原、副边电动势同方向,均离开(或进入)同名端;
  • 副边电压从 x 指向 a,向外输出电功率,采用发电机惯例。

正方向可以任意选择,选择不同正方向所列表达式各异,但各物理量的变化规律不随正方向的选择而改变。

第2页:变压器空载运行与主磁通漏磁通

空载运行
原绕组接电源、副绕组开路无电流的运行状态。AX 端接电网后原绕组中流过的电流 I0 称为空载电流(励磁电流)。
主磁通
既绕着原绕组又绕着副绕组,是变压器进行能量传递的媒介,在原、副绕组中均感应电动势,接上负载即可向负载输出功率。
漏磁通
仅与原绕组交链,只占主磁通的 0.1%~0.2%,只在原边感应电动势、起降压作用,不能传递能量。
主磁通感应电动势
设 Φ=Φm·sinωt,则 e1=−N1(dΦ/dt),有效值相量 E1=−j4.44fN1Φm;同理 E2=−j4.44fN2Φm。
变比
K=E1/E2=N1/N2,即一次侧与二次侧电动势之比等于匝数之比。

第3页:漏磁电动势与电动势平衡方程式

漏磁通感应电动势
设漏磁通 Φσ1=Φσ1m·sinωt,则 Eσ1=−j4.44fN1Φσ1m,通常用一负的电抗压降表示,即 Eσ1=−jx1·I0,x1=ωLσ1 为一次绕组漏电抗。
一次侧电动势平衡
U1=−E1−Eσ1+I0·r1=−E1+I0·Z1,Z1=r1+jx1。因 I0·Z1 很小,故 U1≈E1=4.44fN1Φm,即 f、N1 一定时主磁通 Φm 的大小由 U1 决定。
二次侧
二次侧空载,有 U20=E2。

第4页:空载电流的大小相位与波形

磁化分量
用于产生主磁通,是空载电流的无功分量,与主磁通同相位。
铁耗分量
是空载电流的有功分量,超前主磁通 90°。
大小与相位
I0≈U1/√(rm²+xm²),因 xm≫rm,相位角 φ0≈90°,即 I0 落后于 −E1 的角度接近 90°。
波形
磁路不饱和且不计铁耗时,i0 与 Φ 成线性关系,按正弦规律变化;磁路饱和后 i0 比 Φ 增加得快,励磁电流畸变成尖顶波,可分解为基波及 3、5、7 次等奇次谐波,其中主要是三次谐波。

第5页:空载运行方程式相量图与等效电路

相量图与等效电路的主要关系:U1=−E1+I0·Z1=I0·Zm+I0·Z1=I0(Zm+Z1),其中 Z1=r1+jx1,Zm=rm+jxm。rm 为励磁电阻、代表铁耗的等效电阻,xm 为对应于主磁通的励磁电抗,且 Zm≫Z1、xm≫x1。

  • 一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡,忽略漏阻抗压降时一次主电势的大小由外施电压决定;
  • 主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定,与磁路材质及几何尺寸基本无关;
  • 空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路磁阻有关,铁心材料导磁性越好,空载电流越小;
  • 电抗是交变磁通感应的电动势与产生该磁通的电流之比,线性磁路中电抗为常数,非线性磁路中电抗随饱和而减小。

第6页:变压器负载运行与绕组归算

负载运行基本方程式
U1=−E1+I1·Z1,U2=E2−I2·Z2,E1=−j4.44fN1Φm,E2=−j4.44fN2Φm,I1=Im+(−I2′),U2=I2·ZL。
归算假设
主磁场不变、二次侧磁动势不变、有功和无功损耗不变。把二次绕组匝数看成与一次绕组相同,保证折算前后物理本质不变。
归算原则
单位为伏的量,折算后的值是折算前的 k 倍;单位为欧姆的量,折算后的值是折算前的 k² 倍;单位为安培的量,折算后的值是折算前的 1/k 倍。

第7页:变压器T型等效电路与相量图

T 型等效电路把一次侧漏阻抗 Z1=r1+jx1、励磁支路 rm+jxm 与折算后的二次侧参数 r2′、x2′、ZL′ 串联成完整电路。

相量图作图步骤

  • 先画出 U2′、I2′ 及其夹角 φ2;
  • 由二次侧方程作出 E2′,并由 E1=E2′ 得到 E1;
  • 画出超前 E1 90° 的主磁通 Φm;
  • 由 Im=−E1/Zm 得到落后于 −E1 角度 φ0 的励磁电流;
  • 由 U1=−E1+I1·Z1 画出一次侧电压;
  • 由 I1=Im+(−I2′) 画出一次侧电流。

第8页:变压器的功率平衡关系

原绕组从电源吸收的电功率 P1=U1I1cosφ1,扣除原绕组铜耗 Pcu1=I1²r1 和铁心损耗 PFe 后,余下即为通过电磁感应传到副边的电磁功率 Pe。副绕组有铜耗 Pcu2=I2²r2,副绕组输出电功率 P2=U2I2cosφ2=Pe−Pcu2。

  • P1=Pe+Pcu1+PFe
  • P2=Pe−Pcu2
顶部目录