2.1变压器的空载运行
变压器第2次课(空载与负载运行)
I Z I Z I Z U1 E 1 0 1 0 m 0 1 (r jX ) I (r jX ) I
0 1 1 0 m m
(3-16)
根据式 (3-16) 可画出对应的电路 , 如
图3-11 所示。
3.2.5 空载运行时的相量图 ①以 m 为参考相量
U1N/U2N=380V/220V,r1=0.14Ω ,r2=0.035Ω ， X1=0.22Ω , X2=0.055Ω , rm=30Ω ,Xm=310Ω 。一次侧加额定频率的 额定电压并保持不变,二次侧接负载阻抗ZL=(4+j3) Ω 。 试用简化等效电路计算：
(3-11)
在 电 力 变 压 器 中 , 由 于 Iμ 》IFe, 当 忽 略 IFe 时,I0≈Iμ ,因此把空载电流近似称为励磁电流。 空载电流越小越好 , 一般电力变压器 ,I0=2%～ 10%,
容量越大,I0相对越小,大型变压器I0在1％以下。
2. 空载损耗 变压器空载运行时 , 空载损耗p0 主要包括铁心损耗
同理
dΦ e2 N 2 2fN 2 m sin t 90 E2 m sin t 90 dt
e2也按正弦规律变化,但e1、e2滞后于Φ90°,且感应电动势 的有效值为 结论1
（3-7） 由上式可知,当主磁通Φ按正弦规律变化时,电动势e1、
E1m m N1 2fN1 m E1 4.44 fN1 m 2 2 2
路的电磁效应,X1=ω L1σ 由于漏磁通的路径是非铁磁性物质,磁路不会饱和, 是线性磁路 , 因此对已制成的变压器 , 漏电感Ｌ 1σ 为常 数,当频率f一定时,漏电抗X1也是常数。
第2章 变压器的基本作用原理与理论分析
3、油枕 4、高低压绝缘套管 5、油标` 6、起吊孔
1、油箱
2、散热管
7、铭牌
18
大型电力变压器
19
五、变压器的额定值
1 额定容量S N (kVA) : 、
指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率。
2 额定电流I1N 和I 2 N ( A) : 、
指在额定容量下，允许长期通过的额定电流。在三相 变压器中指的是线电流
铁轭
铁芯柱
铁芯叠片
装配实物
11
铁芯各种截面
充分利用空间
提高变压器容量
减小体积。
12
㈡、绕组
变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。
按照绕组在铁芯中的排列方法分为：铁芯式和铁壳式两类 按照变压器绕组的基本形式分为：同芯式和交叠式两种．
1、铁芯式:
（1）、每个铁芯柱上都套有
高压绕组和低乐绕组。为了绝
3 额定电压U1N 和U 2 N (kV ) : 、
指长期运行时所能承受的工作电压（ 线电压）
U1N是指加在一次侧的额定 电压,U 2 N 是指一次侧加 U1N时二次的开路电压对三相变压器指的是线 . 电压.
20
三者关系：
单相 : S 三相 : S
N N
U 1 N I1 N U 2 N I 2 N 3U1N I1N 3U 2 N I 2 N
同理，二次侧感应电动势也有同样的结论。
则:
e2 N 2 d 0 2fN 2 m sin(t 90 0 ) E2 m sin(t 90 0 ) dt
有效值: E2 4.44 fN2m
相量:
E2 j 4.44 fN2m
25
⒉ E1﹑E2在时间相位上滞后于磁通 0 900. 其波形图和相量图如图2—8所示
变压器空载运行
变压器工作环境的影响
05
变压器空载运行的改善措施
使用具有高导磁性能的硅钢片、非晶合金等材料，可降低铁损和激磁电流。
高导磁材料
选用低损耗的绝缘材料和散热材料，如云母、聚酯薄膜等，可减小变压器运行时的发热和能量损耗。
低损耗材料
采用高性能的材料
减小外接电阻
减小变压器外部的连接电阻，如降低导线电阻、接触电阻等，可有效降低变压器的能耗。
指变压器在额定电压下，无负载时的电流，单位为安培（A）。
额定容量
指变压器在额定电压和电流下的输出能力，单位为伏安（VA）或千伏安（kVA）。
空载损耗
指变压器在额定电压下，无负载时的铁芯损耗和原线圈铜损之和，单位为瓦时（Wh）或瓦时（kWh）。
某型号变压器的空载运行性能分析
VS
变压器的铁芯结构有叠片式和卷铁芯式两种。叠片式的铁芯由硅钢片叠成，具有较低的空载损耗和噪声，适用于一般用途的变压器。卷铁芯式的铁芯由硅钢带卷成，具有更高的磁通密度和效率，适用于高电压、大容量和低噪声的变压器。
优化磁路设计
通过优化变压器的磁路设计，可提高变压器的负载能力，减小空载时的能耗。
优化变压器的结构
真空干燥浸漆
采用真空干燥浸漆工艺，可提高变压器的整体绝缘性能和机械强度。
激光焊接
使用激光焊接技术，可提高变压器内部的密封性和连接可靠性，降低故障率。
采用先进的制造工艺
06
变压器空载运行实例分析
空载电流
01
02
03
温度
变压器的环境温度过高或过低都会对变压器的运行性能产生影响。温度过高会导致变压器效率下降，从而增加空载损耗；温度过低会使变压器的机械强度和电气性能下降，从而影响变压器的正常运行。
电机学之变压器相关知识(
I
' 2
成过程总结
U1
Rm Im
jX m E 1
N1 N1
I R j X
' 2
' 2
' 2
E
' 2
U
' 2
I1
U1
R 1 jX 1 E1
R j X
' 2
' 2
Im
Rm
E
' 2
jX m
I
' 2
U
' 2
2.4 变压器的等效电路和相量图
2.T形等效电路 3)近似等效电路和简化等效电路
I1
U1
Rk R1 R2'
I 2 F2 N2I2
E1 E2
与 U 1I1R1平 衡 与 U 2I2R 2平 衡
2 E 2
二次接上负载阻抗 Z L
2.3 变压器负载运行和基本方程
2.磁动势方程及一、二次电流关系
F1F2 Fm 此式称为变压器磁动势平衡关系
N 1I1N 2I2N 1Im此式称为电流形式的磁动势平衡关系
2.4 变压器的等效电路和相量图
1.绕组归算
从磁动势平衡关系来看，二次绕组对一次绕组产生的影响是通 过二次绕组磁动势N 2 I 2 来产生的，因此把实际的二次绕组匝数 变换成一次绕组匝数后只要保持变换前后二次绕组的磁动势不
变即可 N2I2 N1I2' ，这样从一次侧来看，其电流、感应电动
势、输入的功率，包括传输到二次侧的功率都不会变。
a
2.2 变压器空载运行
1.变压器各电磁量的规定正方向
1) U & 1 和 I& 1 按电动机惯例，吸收电功率
第2章变压器的基本理论
第2章 变压器的基本理论[内容]本章以单相变压器为例，介绍变压器的基本理论。
首先分析变压器空载运行和负载运行时的电磁过程，进而得出定量描述变压器电磁关系的基本方程式、等效电路和相量图。
然后介绍变压器的参数测定方法和标么值的概念。
所得结论完全适用于对称运行的三相变压器。
[要求]● 掌握变压器空载、负载运行时的电磁过程。
● 掌握变压器绕组折算的目的和方法。
● 掌握变压器负载运行时的基本方程式、等效电路和相量图。
● 掌握变压器空载试验和负载试验的方法。
●掌握标么值的概念，理解采用标么值的优、缺点。
2.1单相变压器的空载运行变压器空载运行是指一次绕组接额定频率、额定电压的交流电源，二次绕组开路（不带负载）时的运行状态。
一、空载运行时的电磁过程 1．空载时的电磁过程图 2.1.1为单相变压器空载运行示意图，图中各正弦量用相量表示。
当一次绕组接到电压为1U 的交流电源后，一次绕组便流过空载电流0I ，建立空载磁动势100N I F =，并产生交变的空载磁通。
空载磁通可分为两部分，一部分称为主磁通0Φ ，它沿主磁路(铁心)闭合,同时交链一、二次绕组；另一部分称为漏磁通σΦ1 ，它沿漏磁路(空气、油)闭合、只交链一次绕组本身。
根据电磁感应原理，主磁通0Φ 分别在一、二次绕组内产生感应电动势1E 和2E ；漏磁通σΦ1 仅在一次绕组内产生漏磁感应电动势σ1E 。
另外空载电流0I 流过一次绕组时，将在一次绕组的电阻1R 上产生电压降10R I 。
变压器空载运行时的电磁过程可用图2.1.2表示。
变压器空载时，一次绕组中的1E 、σ1E 、10R I 三者与外加电压1U 相平衡；因二次绕组开路，02=I ，故2E 与空载电压20U 相平衡，即2E =20U 。
2．主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通的磁路、大小、性质和作用都是不同的，表2.1.1给出了二者的比较。
表2.1.1 主磁通和漏磁通的比较3．各电磁量参考方向的规定变压器中的电压、电流、磁通和电动势等都是随时间变化的物理量，通常是时间的正弦量。
变压器的空载运行
导致绝缘损坏和设备故障。
未来发展趋势预测
第一季度
第二季度
第三季度
第四季度
高效节能技术
随着能源短缺和环保意 识的提高，高效节能技 术将成为变压器空载运 行领域的重要发展方向 。例如，采用非晶合金 铁芯、优化线圈设计等 ，以降低空载损耗。
智能化监控与管理
借助物联网、大数据等 先进技术，实现对变压 器空载运行的实时监控 与智能管理。通过数据 分析，及时发现潜在问 题并采取相应的优化措
变压器的空载运行
汇报人：XX
contents
目录
• 变压器基本原理与结构 • 空载运行特性分析 • 空载运行对变压器影响 • 空载运行优化措施探讨 • 实验研究及案例分析 • 总结与展望
01
变压器基本原理与结
变压器的工作原理基于电磁感应，当 原边绕组施加交流电压时，会在铁芯 中产生交变磁通，从而在副边绕组中 感应出电动势。
电压变换原理
电流变换原理
根据磁动势平衡原理，原、副边电流 与匝数成反比，从而实现电流的变换 。
通过改变原、副边绕组的匝数比，可 以实现电压的升高或降低。
变压器主要结构组成
01
02
03
04
铁芯
铁芯是变压器的磁路部分，一 般采用硅钢片叠装而成，以减
少涡流和磁滞损耗。
绕组
绕组是变压器的电路部分，由 原边绕组和副边绕组组成，一 般采用绝缘铜线或铝线绕制。
空载电压波形畸变现象
波形畸变原因
变压器空载运行时，由于铁芯的非线 性磁化特性，使得磁通与励磁电流之 间呈现非线性关系，从而导致空载电 压波形发生畸变。
波形畸变影响
空载电压波形畸变会使得电压波形中 的谐波成分增加，对电网和用电设备 产生不良影响，如增加电网的谐波污 染、降低用电设备的运行效率等。
变压器的运行原理与特
图2.4 变压器空载时的等效电路
(2-19)
图2.5 变压器的负载运行示意图
2.2 变压器的负载运行
负载运行时的物理情况 电动势平衡方程式 在原方，电动势平衡方程式为 在副方，电动势平衡方程式为 式中 ——副绕组的漏阻抗； ——副绕组的电阻和漏电抗。
05
(2-2)
06
式中 E1，E2——主磁通在原、副绕组中感应电动势的有效值；
1
N1，N2——原、副绕组的匝数；
2
f——电源的频率；
3
E1σ——原绕组漏感电动势的有效值；
4
Φ1σm——原绕组漏磁通的最大值。
5
电动势平衡方程式
6
按图2-1规定的正方向，空载时原方的电动
7
势平衡方程式用相量表示为 将漏感电动势写成压降的形式 式中 ——原绕组的漏电感； ——原绕组的漏电抗。 将式(2.9)代入式(2.8)可得
指标总在一定的范围之内，便于分析比较。例如短路阻抗 = 0.04～0.175，空载电流 = 0.02～0.10。 采用标幺值，某些不同的物理量具有相同的数值。例如：
01
(2-38)
02
(2-39)
变压器的运行特性 电压变化率 定义 ΔU%的简化计算公式
01
02
01
图2.14 ΔU %的图解法
(2-20)
(2-21)
2.2.3 负载运行时的磁动势平衡方程式 或 将上式进行变化，可得 或
1
2
(2-23)
3
(2-22)
2.2.4 变压器参数的折算 副方电流的折算值 设折算后副绕组的匝数为 ，流过的电流为 ，根据折算前后副方磁动势不变的原则，可得 ，即 副方电动势的折算值
电机学(第二章)变压器
漏磁感应电动势
一次绕组漏磁通在一次绕组中感应的漏磁电动势 的瞬时值 d
e 1 N1
1
dt
E 1 j4.44fN1Φ 1m
有效值为 E 1＝4.44f N11m
电压方程式
根据基尔霍夫电压定律
U1 E1 E 1 I10 R1 A U E
空载运行时的电磁关系
U1 E1 E 1 I 0 R1
I 0 R1
U1 U2
I0
F0 N1I 0
1m
E 1 E1
m
E2
E1 k E2
U 2 E2
小结
既有电路的问题，也有磁路的问题，电与磁之 间又有密切的联系。
心式变压器: 结构 心柱被绕组所包围，如图2—1所示。 特点 心式结构的绕组和绝缘装配比较容易， 所以电力变压器常常采用这种结构。
壳式变压器:
结构 铁心包围绕组的顶面、底面和侧面， 如图2—2所示。 特点 壳式变压器的机械强度较好，常用于低 电压、大电流的变压器或小容量电讯变压器。
2.绕组 定义 变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁 线或圆线（铜或铝）绕成。 一次绕组 : 输入电能的绕组。 二次绕组: 输出电能的绕组。 高压绕组的匝数多,导线细；低压绕组的匝数少， 导线粗。 从高,低压绕组的相对位置来看,变压器的绕组可分 为同心式和交迭式。
U1 E1 j4.44fN1Φm
在频率f 和一次绕组匝数N1一定时，空载运行时主磁 通m（励磁磁动势产生）的大小和波形取决于一次 绕组电压的大小和波形。
变比
E1 N1 k E2 N 2
比值 k 称为变压器的变比，是一、二次绕组相电动势有效 值之比，等于每相一、二次绕组匝数比。
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1、根据变压器内部磁场的实际分布和所起的作用不同，通常把磁通分为主磁通和漏磁通，前者在铁芯内闭合，起传递能量作用，后者主要通过变压器油等闭合，起漏抗压降作用。
2、变压器空载电流由空载电流有功分量和空载电流无功分量两部分组成，前者用来供铁耗，后者用来漏抗压降。
3、变压器励磁电流的大小受电源电压、电源频率、一次绕组匝数、铁芯材质和铁芯几何尺寸等因素的影响。
4、变压器等效电路中的是对应于主磁通的电抗，是表示铁损等效的电阻。
5、变压器的漏抗，铁耗，今在一次施加很小的直流电压，二次开路，此时0，0。
6、一台已制成的变压器，在忽略漏阻抗压降的条件下，其主磁通的大小主要取决于电源电压
和频率，与铁心材质和几何尺寸无关（填有关、无关）。
7、建立同样的磁场，变压器的铁心截面越小，空载电流；一次绕组匝数越多，空载电流，铁心材质越好，空载电流。
8、变压器一次绕组匝数减少，额定电压下，将使铁心饱和程度，空载电流，
铁耗，二次空载电压，励磁电抗。
9、变压器一次绕组匝数、铁心截面一定，当电源电压及频率均减半，则铁心磁密，空载电流。
10、变压器空载运行时一次绕组空载电流很小的原因是。
（A）原绕组匝数多电阻大；
（B）原绕组漏抗很大；
（C）变压器的励磁阻抗很大。
11、一台的单相变压器空载运行，一次侧接220V 时铁心主磁通为，二次侧接110V时铁心主磁通为，则。
（A）；
（B）；
（C）。
12、变压器其他条件不变，若一次侧匝数增加10%，及的大小将。
（A）增加到原来的1.1倍，不变，增大；
（B）增加到原来的1.1倍，不变，减少；
（C）增加到原来的1.21倍，不变，增大；
（D）增加到原来的1.21倍，不变，减少；
13、某三相电力变压器，下面数据中有一个是励磁电流的倍数，它应该是。
（A）28.87A；
（B）50A；
（C）2A；
（D）10A。
14、三相变压器，接线，其变比为。
（A）14.43；
（B）2；
（C）43.3；
（D）25。
15、试比较变压器主磁通和漏磁通的性质、大小和作用。
16、简述变压器空载电流的性质和作用，其大小与哪些因数有关，一般情况下，（%）值的范围是多少？
17、变压器的漏抗对应于什么磁通，当电源电压减少一半时，它如
何变化？
18、变压器励磁电抗大好，还是小好，为什么？当电源电压减少一
半时，它如何变化？
19、写出变压器空载时的电动势平衡方程式，并画出等值电路和向量图。
20、变压器空载运行时，是否要从电网中取得功率，起什么作用？为什么小负荷的用户使用大容量的变压器无论对电网还是对用户都不利？
1、主磁通漏磁通铁心内传递能量变压器油等漏抗压降
2、空载电流的有功分量空载电流的无功分量供空载损耗（主要是铁耗）激磁主磁通
3、电源电压电源频率一次绕组匝数铁心材质（含磁路饱和程度）铁心几何尺寸
4、主磁通铁损的等效
5、0 0
6、电源电压频率无关
7、越大越小越小
8、增加增加增加增加减少
9、不变不变
10、（C）
11、（A）
12、（C）
13、（C）
14、（C）
15、答：路径：主磁通为铁心；漏磁通为变压器油等；
性质：主磁通与成非线形关系，漏磁通与或成线形关系；
大小：主磁通占总磁通的99%以上；漏磁通不足1%；
作用：主磁通起传递能量的作用；漏磁通只起漏电抗压降作用。
16、答：空载电流分无功分量和有功分量两部分。
无功部分激励主磁通；有功部分
供给空载损耗。
大小与电源电压、频率、一次绕组匝数、铁心材质（含磁路饱和程度）及铁心几何尺寸等有关。
一般电力变压器（%）为（1～8）%；巨型电力变压器（%）小于1%。
17、答：变压器的漏抗对应于漏磁通，由于漏磁通磁路不饱和，漏抗是常数，不随
电压电压而变，故电压降低一半时，漏抗不变。
18、答：励磁电抗大好，因为，故大其空载电流
就小。
励磁电抗随磁路饱和而减小，当电源电压降低，磁路饱和程度下降
（不饱和），所以增大。
17、略。
20、答：变压器空载运行时，尽管没有有功输出，但它仍需从电网中取得功率，这些功率中既有有功功率，又有无功功率，前者供空载时的损耗（主要是铁损耗），后者供激励磁磁通（亦称励磁功率）。
小负荷用户使用大容量变压器时，在经济技术方面都不利，对电网来说大容量变压器所需励磁功率（无功性质）大，也既所需励磁电流（无功性质）大，而其负载电流又小，从而导致电网的功率因数降低，对电网的经济运行及电压的稳定都不利。
对用户而言增加了一次设备的投资，另变压器长时间处于低负荷情况下运行，变压器运行效率低，同时大容量变压器空载损耗（铁损耗）大，用户负担的电费增大。