2.2变压器的负载运行
2.2变压器的负载运行
1、变压器带负载运行时，当负载增大（不考虑漏抗压降），则一次电流将，空载电流。
2、变压器带负载运行，当负载增大，则其铜损耗，铁损耗。
3、变压器由空载到满载，下列各物理量将如何变化（忽略漏抗压降），，，，。
4、变压器一次侧接额定电压，二次侧接纯电阻性负载，则从一次侧输入的功率。
（A）只含有有功功率；（B）只含有感性无功功率；（C）既含有有功功率又含有感性无功功率；（D）既含有有功功率又含有容性无功功率。
5、变压器负载时，一次磁动势为，一次漏磁通为，一次漏抗为；变压器空载时，一次磁动势为，一次漏磁通为，一次漏抗为，它们的关系是。
（A）；（B）；（C）；（D）。
6、变压器负载（）增加时，从理论上讲，其主磁通。
（A）稍增大；（B）稍减小；（C）增大很多；（D）减小很多。
7、电源电压一定时，试分析当变压器负载（）增加时，如何变化？8、电源电压降低对变压器铁心饱和程度，励磁电流，励磁阻抗，铁耗和铜耗等有何影响？9、简述变压器空载和负载时，励磁磁动势有何不同？10、画出变压器的“T”形、近似和简化等效电路。
11、画出变压器简化等效电路和简化向量图。
12、画出变压器短路时的等效电路，并画出与之对应的向量图。
1、增大不变2、增大不变3、不变不变不变增大4、（C）5、（B）6、（B）7、答：降低。
由外特性曲线知，随负载电流（）增大而下降。
增大。
负载越大，越大，由磁动势平衡方程式知，就越大。
不变。
大小与负载大小基本无关。
不变。
因电源电压不变，磁路饱和情况不变，故不变。
不变。
因漏磁路不饱和，。
8、答：铁心饱和程度降低。
，降低，减少，故饱和程度降低。
励磁电流减少。
由磁化曲线知，励磁电流随磁通减少而减少。
励磁阻抗增大。
励磁阻抗随饱和程度下降而增大。
铜耗减小。
电压降低，，减小，故铜耗减小。
铁耗减小。
，故铁耗减小。
9、答：，空载时I2=0，，所以空载时励磁磁动势仅为一次空载磁动势。
负载时，，励磁磁动势为一、二次的合成磁动势。
10、省略。
单相变压器的负载运行、等值电路
（1）电动势与电压归算 由于归算前后磁动势保持不变，因此主磁通也不会改 变，感应电动势就与所对应的匝数成正比
E1 N1 N1 E N1 E E1 2 2 E2 N 2 N2 N1
E2 kE2
根据归算前后的副边绕组从原边绕组得到的视在 功率不变，有
U2 I2 U2 I2
2.2 单相变压器的负载运行
i2
N1 1
i1
u1
e1
2 N 2
e 2u20
ZL
变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上， 二次接上负载的运行状态，称为负载运行。
一、 负载运行时的物理状况
1
U1 I1
R1I1 E
1
F1 N1I1 F2 N2 I 2
根据方程可作出简化相量图
U2
I2
F0 N1I 0
0 2
E1
E2
E2 RI
2 2
二、 负载运行的基本方程式
1、磁动势平衡方程
空载：由一次磁动势 F0 产生主磁通 0 ;负载：产生 0的磁动势为 一、二次的合成磁动势F1 F2 。因为 0 的大小取决于U1 ，只要U1 保持不变，由空载到负载， 0 基本不变，磁动势平衡方程
XK
I 1 I
' 2
其中
' U2
Rk R1 R2 X k X1 X 2 Z k Rk jX k
U1
分别为短路电阻、短路电 抗和短路阻抗。
图 变压器的简化等效电路
U1 Ik ZK
由简化等效电路可知，短路阻抗起限制短路电流的作用，由 于短路阻抗值很小，所以变压器的短路电流值较大，一般可达额 定电流的10~20倍。
变压器运行性能
流主。磁对通已 经和制铁成心的磁变路压的器磁，化曲i线的大小和波形取决于 f (i )
当磁路不饱和时，磁化曲线是直线，磁化电流与磁 通成正比。
若铁心中主磁通的幅值m 使磁路达到饱和,则 i
需由图解法来确定，如图2-6(a)和(b)所示。
（２）铁耗电流:
2.电压方程
u1 i10R1
e1
i10 R1
N1
d
dt
u20
e2
N2
d
dt
3.变压器的变比及变压原理
u1 e1 N1 kK u20 e2 N 2
二、主磁通和激磁电流 1．主磁通 通过铁心并与一次、二次绕组相交链的磁通，
用 表示 .
1
N1
e1dt
1 N1
2E1 sin tdt
2E1
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。
同心式
结构 同心式绕组的高、低压绕组同心地套装 在心柱上。
视在功率的保证值 ，单位为kV或kVA。 三相变压器指三相容量之和。
额定电压 U N 铭牌规定的各个绕组在空载、指定分
接开关位置下的端电压，单位为V或kV。 三相变压器指线电压。
额称定为电额流 定电I N流，根单据位额为定A容。量和额定电压算出的电流
三相变压器指线电流。
单相变压器：
I1N
SN U1N
按照铁心的结构，变压器可分为心式和壳式两 种。
变压器2
uk*
变压器试验小结
测定变压器参数常采用短路试验和空载试验。 空载试验用来测量变压器在额定电压下的励磁
参数和空载功率； 短路试验用来测量变压器短路阻抗和在额定负
载下的短路损耗。
单相变压器分析方法小结
变压器的一次、二次绕组匝数不同，通过电磁感 应关系，把一种电压等级的电能转换成另一种电 压等级的电能。
3、变压器既可以变换电压、电流和阻抗， 还可以变换相位、频率和功率。
4、当变压器的副边电流增加时，由于副 边磁势的去磁作用，铁芯中的主磁通将大大 减小。
填空：
变压器空载运行的磁通是由 生的，主磁通是指既匝链
电流产 绕组，又
匝链
绕组的磁通，主磁通通过铁心
磁路闭合，因此磁路的磁阻较 ，因此
与主磁通对应的
3.空载试验常在低压侧进行的，故测得的励磁参数 是折算至低压侧的数值。
4.变压器的空载损耗近似为额定电压下的铁损耗。
5. 空载试验也可以在高压侧进行。
二、短路试验（测量变压器短路参数）
高压侧施加额定电流，测量：
U K I1 PK
Zk
U1 Ik
rk
pk
I
2 k
xk
Z
2 k
rk2
铜线的温度折算：
rk 750 c
U1 E1 I1Z1
U2 E2 I2Z2 I1N1 I2 N2 I0 N1
K E1 N1 E2 N2
E1 I0 (rm jxm )
U2 I2Z L
三、变压器参数的折算
假想:用一个匝数为 N1 的绕组来代替实际副边绕组 将变压器副边的参数等效折算到 N1 匝的绕 组下（原边）
• 实际绕组的各个量，称为实际值； • 假想绕组的各个量，称为折算值。
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
2-变压器负载运行
的大小
与空载运行时相比,负载时一次绕组的电流变化了,电源电压
不变,严格说来,负载时的
•
E
与空载时的不同。但在电力变压
1
器仍的然设还计是I中1N Z1I•0很U1小.仍,即存使在在U1额 E定1 由负载E1下 4运.44行fN1,I1Nm
比I0 大很多倍, 看出,空载、负
载与表运示空行。载,时其的主在磁数通值• m上的差数不值多差,仍别可很以小用,即同负一载个时符的号励I•磁0 N磁1或动势F• 0
因
，可认为 Zm
Z
' 2
Z
' L
无限Zm大而断开，于是等效电路变成了“一”型，
称为简化等效电路。如图：
单相变压器的负载运行
b.电压平衡方程式：
•
•
•
•
•
•
•
•
U1
I1
Z1
I 1 Z2'
U
' 2
I1
Z1
Z
' 2
U
' 2
I1 Zk
U
' 2
•
•
I1
I
' 2
•
•
U
' 2
Z
' L
单相变压器的负载运行
b.变压器接感性负载的相量图2-12a图：
单相变压器的负载运行
※相量图的绘制过程： 根据给定的条件不同，画法不同，但都是电压方程式 的相量图表示。
如给定U2, I2,cos2, k 及各参数，画图步骤为：
（（（（（（（1234567）））））））根画在画画画E•1 据出出出出U•2'EU超•I2•'的•20' IE••前21相和E，•1，E量•910它/加I上Z•2的' m与，上，，主I其•I•1加画磁0R夹1上出通的，I角•2'U•相R•1再m为2' I量•，0加；和再上，2为加。它j上II••超11XjI•1；2前'得X2'到得•一m 出U•个1E•。2'铁耗；角；
变压器的负载运行
E2' kE2
U
' 2
kU2
13
(3)漏抗
X
' 2
,（漏磁无功损耗不变）
I
'2 2
X
' 2
I22 X2
X
' 2
(I2
I2' )X 2
k2X2
(4)电阻 R2'
R2'
I
'2 2
I
2 2
R2
R2' k 2R2
14
能量是否改变？
铜耗： mI2' 2Rr22'' mI22rR22
有功输出：
mU
' 2
I
' 2
cos2
mkU2
1 k
I2
cos2
mU 2 I 2
cos2
无功输出：
mU2'
I
' 2
sin 2
mkU2
1 k
I2
sin 2
mU 2 I 2
sin 2
15
折算法只是一种分析的方法 凡是单位为伏的物理量（电动势、电压）的折算
值等于原来数值乘k； 单位为欧的物理量（电阻、电抗、阻抗）的折算值 等于原来数值乘k2； 电流的折算值等于原来的数值乘以1/k。
副边：
•
••
•
U 2 E 2 E 2 I 2 R2
用漏抗压降表示
•
•
•
••
E 2 j I 2 X 2 I 2 R2 E 2 I 2 Z2
A i1
u1 X
e1 e1
W1 W2
1 2
i2
变压器负载运行的工作原理
变压器负载运行的工作原理变压器是电力系统中必不可少的设备之一，其主要作用是将高电压的电能转换成低电压的电能，或者反之。
变压器的运行必须有负载，负载是指变压器的终端接有电动机、照明和其他电气设备等，从而使变压器运行并供电。
变压器的负载运行涉及到很多因素，本文将详细介绍变压器负载运行的工作原理。
一、变压器的结构和工作原理变压器是通过共同绕制在一个铁心上的两个电磁线圈来实现电能的转换。
一个线圈为主绕组，另一个线圈为副绕组。
主副绕组之间通过铁心磁路相联。
当主绕组接通电源时，会在铁心上产生一个磁场，这个磁场将副绕组中的电流感应出来，从而实现电能的转换。
变压器的基本结构如下图所示：在运行过程中，变压器主副绕组的电流大小要满足磁路平衡条件，即主副绕组的互感系数乘以电流大小相等。
变压器的运行中，主要有两种状态：空载和负载。
二、变压器的空载工作状态当变压器处于空载状态时，也就是没有负荷接在副绕组上，此时主绕组的电流非常小，基本上可以忽略不计。
在这种情况下，变压器的磁路中只有主绕组的电流存在，因此铁心中产生的磁通量和电流成比例。
变压器的空载工作状态如下图所示：由于变压器的主副绕组通过铁心磁路相联，因此副绕组中的电流也不能为0，必须满足磁路平衡条件。
但是由于此时副绕组没有外部负载，因此只能自激磁或感应磁通量。
三、变压器的负载工作状态当有负载接在变压器的副绕组上时，副绕组中就会有电流流过。
电流在副绕组中产生的磁场会和原来主绕组所产生的磁场相互作用，从而导致铁心中磁通量的变化。
这样就会引起主绕组中的电流和电压的变化，同时变压器也会供电给外部负载。
变压器的负载工作状态如下图所示：在变压器运行的负载工作状态下，铁心中产生的总磁通量不仅取决于主绕组中的电流，还与副绕组中的电流有关。
在这种情况下，变压器必须满足以下的条件：1. 主副绕组的电流在一定程度上应该成比例；2. 主副绕组的电压应当成比例。
四、变压器的负载特性在变压器的负载工作状态下，变压器的输出电压和电流都是按照一定的规律变化的。
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1、变压器带负载运行时，当负载增大（不考虑漏抗压降），则一次电流将，空载电流。
2、变压器带负载运行，当负载增大，则其铜损耗，铁损耗。
3、变压器由空载到满载，下列各物理量将如何变化（忽略漏抗压降），
，
，，。
4、变压器一次侧接额定电压，二次侧接纯电阻性负载，则从一次侧输入的功率。
（A）只含有有功功率；
（B）只含有感性无功功率；
（C）既含有有功功率又含有感性无功功率；
（D）既含有有功功率又含有容性无功功率。
5、变压器负载时，一次磁动势为，一次漏磁通为，一次漏抗为；变压器空载时，一次磁动势为，一次漏磁通为，一次漏抗为，它们的关系是。
（A）；
（B）；
（C）；
（D）。
6、变压器负载（）增加时，从理论上讲，其主磁通。
（A）稍增大；（B）稍减小；（C）增大很多；（D）减小很多。
7、电源电压一定时，试分析当变压器负载（）增加时，
如何变化？
8、电源电压降低对变压器铁心饱和程度，励磁电流，励磁阻抗，铁耗和铜耗等
有何影响？
9、简述变压器空载和负载时，励磁磁动势有何不同？
10、画出变压器的“T”形、近似和简化等效电路。
11、画出变压器简化等效电路和简化向量图。
12、画出变压器短路时的等效电路，并画出与之对应的向量图。
1、增大不变
2、增大不变
3、不变不变不变增大
4、（C）
5、（B）
6、（B）
7、答：降低。
由外特性曲线知，随负载电流（）增大而下降。
增大。
负载越大，越大，由磁动势平衡方程式知，就越大。
不变。
大小与负载大小基本无关。
不变。
因电源电压不变，磁路饱和情况不变，故不变。
不变。
因漏磁路不饱和，。
8、答：铁心饱和程度降低。
，降低，减少，故饱和程度降低。
励磁电流减少。
由磁化曲线知，励磁电流随磁通减少而减少。
励磁阻抗增大。
励磁阻抗随饱和程度下降而增大。
铜耗减小。
电压降低，，减小，故铜耗减小。
铁耗减小。
，故铁耗减小。
9、答：，空载时I2=0，，所以空载时励磁磁动势仅为一次空载磁动
势。
负载时，，励磁磁动势为一、二次的合成磁动势。
10、省略。
11、省略。
12、省略。