3.2单相变压器的空载运行
单相变压器的空载运行(15)

12
单相变压器的空载运行
等效电路为:
r1
x
1
I0
U1
E1
由于主磁通 路径铁心为非线 性磁路,故励磁 rm 阻抗、励磁电阻 和励电抗均不为 xm 常数,大小随磁 路的饱和而减小。
13
单相变压器的空载运行
4、相量图 空载时的基本方程为
U 1 = E 1 + I 0 r1 + j I 0 x1 U 20 = E 2 E 1 = j 4.44 fN1 Φ m E 2 = j 4.44 fN 2 Φ m I 0 = I 0a + I 0r
j I 0 x1
U1
I 0 r1
E1 I 0
I 0a
I 0r
Φm
E2
E1
14
小结:
单相变压器的空载运行
(1)一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平 衡,若忽略漏阻抗压降,则一次主电势的大小由外施电 压决定. (2)主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝 数决定,与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。 (3)空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻 有关,铁心所用材料的导磁性能越好,空载电流越小。 (4)电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的 电流的比值,线性磁路中,电抗为常数,非线性电路 中,电抗的大小随磁路的饱和而减小。 15
5
3)空载电流波形 3)空载电流波形
单相变压器的空载运行
φ
i0
3
t
2
1
1 2 3
i0
磁路饱和时, 正弦, 磁路饱和时,φ 正弦,i 0 尖顶, 正弦, 平顶。 尖顶,i 0 正弦, φ 平顶。
6
单相变压器的空载运行
三、感应电动势
变压器知识培训(2)

频率不变,匝数不变,电压有效值升高,则主磁通幅值升高, 励磁电流将升高,激磁电抗将变小
等效电路
I0
E1
Rm
Xm
I0
R1 X1
Rm
U1
E1
Xm
•
•
E1 , E2
代表电动势
•
•
E1 , E2
代表压降
等效电路综合了空载时变压器内部的物理情况, 在等值电 路中R1、X1σ是常量;Xm是变量, 它随铁心磁路饱和程度的 增加而减少。
还可以从另一个角度来理解,由于磁滞和涡流,使得磁通的变 化滞后于励磁电流的变化。
I0 IFe I
从相量图中可以看出,磁化电流为无 功分量,用来建立磁场,而铁耗为有 功分量。
U E1
I Fe
I0
m
I
E2
E1
三、感应电动势和变压器变比
主磁通按正弦规律变化 m sin t
e1
N1
d dt
N1
d dt
(m
sin
t)
N1
m
cos
t
N1m sin( t 900 ) E1m sin( t 900 )
m:主磁通的幅值;E1m:原绕组感应电动势的幅值。
当主磁通按正弦规律变化时,原绕组中感应电动 势也按正弦规律变化, 但相位比主磁通落后900。
原边电动势幅值 E1m N1 m
有效值:
E1 E1m / 2 2 f1N1m / 2 4.44 f1N1m
变压器原边接在电源上, 副边接上负载的运行情况,称为负载 运行。
一、物理过程
变压器接通负载 副边电流 副边磁势 原边电动势改变 原边电流改变
主磁通变化 新的平衡
变压器的基本工作原理和结构PPT课件

次端电压。 对三相变压器,铭牌上的额定电压指线电压 额定电流(IN)——指变压器在额定容量下,允许长期通
过的电流,三相变压器指的是线电流值。单位用A或kA。 额定频率〔HZ)—电力变压器的额定频率是50Hz 效率、温升
图3.1.8 壳式变压器的结构示意图
※ 芯式变压器绕组和铁芯的装配示意图
绕组同芯套装在变压器铁心柱上,低 压绕组在内层,高压绕组套装在低压 绕组外层,以便于绝缘。
图3.1.9 芯式变压器的铁芯和绕组的装配示意图
● 绕组的根本型式——同心式
※ 同芯式——铁芯式变压 器常用。高压绕组和低压 绕组均做成圆筒形,然后 同芯地套在铁芯柱上 ,为
平安气道——〔防爆筒〕如果是严重事故,变压器油大量 汽化,油气冲破平安气道管口的密封玻璃,冲出变压器油 箱,防止油箱爆裂。
吸湿器—— 〔呼吸器〕内装硅胶〔活性氧休铝〕,用以吸 收进入储油柜中空气的水分
净油器——过滤油中杂质,改善变压器油的性能
3.1.3 变压器的型号与额定值
一、变压器型号
型号——可反映出变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方 式等内容
变压器运行时产生热量,使变 压器油膨胀,储油柜中变压器 油上升,温度低时下降。
储油柜使变压器油与空气接触 面较少, 减缓了变压器油的氧
当变压器出现故障时,产生的 热量使变压器油汽化,气体继 电器动作,发出报警信号或切 断图电源。
气 体 继 电 器
化过程及吸收空气中的水分的 如果事故严重,变压器油大量
〔一〕电力变压器
配电变压器
升压变压器
降压变压器
电力变压器的类别——用途分
(二) 特种变压器
变压器的空载运行及负载运行

N1I0 N1 I0 N1 I1L N2 I2
N1 I1L - N2 I2
其中I1L远远大于I0,大部分用来抵抗副边电流引起的磁通量变化。
当负载运行时可认为I1L=I1。
I1
I2 k
或 I1 I2
1 k
N2 N1
k为变压器变比
一、二次电流比近似与匝数成反 比。可见匝数不同,不仅能改变 电压,同时也能改变电流。
产业信息
中国变压器设备-尤其是特种变压器-已 走向世界成为“中国制造” 品牌
谢谢聆听
P0 = PFe + Pcu ≈ PFe
铁损耗分量
铁损耗分量:符号为I10P,供给铁磁材料 铁损(磁滞和涡流损耗),为有功分量
Part 2 空载运行分析
思考
如果误将变压器高低压侧接反,会发生什么异常现象?
变压器低压侧如果接到高压电源上,则铁心主磁 通Φm会增加,磁路饱和程度增加,因而励磁电流I0大 大增加,有可能烧毁线圈(励磁电流随磁路饱和程度 增加而急剧增大)
单相变压器空载运行示意图
Part 2 空载运行分析
空载电流的作用与组成
I10 I10Q I10P
励磁分量
励磁分量:符号为I10Q,用来建立主磁 通,相位与主磁通相同,为无功分量
变压器空载运行时,只从电源吸收少量有功功率P0, 用来供给铁心中铁损PFe和少量绕组铜损Pcu=R1I102 (可忽略不计)。容量越大,空载功率P0越小
Part 3 变压器的负载运行
变压器作用 通过对变压器负载运行的分析,可以清楚地看出变压器具有变电压、 变电流、变阻抗的作用。
• 变换电压 U1/U2≈E1/E2=k=N1/N2
• 变换电流 I1/I2≈N2/N1=1/k
电力变压器空载试验方法及注意事项

电力变压器空载试验方法及注意事项变压器空载试验报是从变压器任意一侧施工加正弦波形和额定电压,从而测量出变压器空载损耗和空载电流,及时发现磁路中铁芯硅钢片的是否存在局部不良或是有整个缺陷问题的存在。
另外还可以根据试验过程中所测得的空载损耗进行对比,从而及时对存在匝间击穿情况能够准确的进行判断。
1 空载损耗在变压器空载损耗中,其最为主要的是铁芯损耗,因为铁芯在磁化过程中会有磁滞损耗和涡流损耗发生,而且在空载损耗过程中不可避免的会存在着铜损耗和附加损耗,尽管铜损耗和附加损耗较小,其所占比例为总损耗的百分之三左右。
电网中所使用的变压器容量上存在一定的差异,这就导致其铁芯内部构造、硅钢片的质量和铁芯制造工艺等都存在着差别,其空载损耗及空载电流的大小必然也会有所不同,而当变压器内部的铁芯硅钢片所选择的材质存在差异时,其所导致的空载电流大小也会存在较大的不同。
2 变压器空载试验的目的和意义在变压器运行过程中,其所要进行的试验较多,所有的试验都是为了确保变压器能够处于稳定的运行状态。
空载损耗作为变电器性能好坏的重要参数,充分的体现了变压器运行的效率及制造的性能要求,所以在变压器运行过程中对其进行空载试验是必不可少的一个环节,试验中所测量到的空载损耗及空载电流可以及时判断出变压器的绝缘情况和整体缺陷,对变压器能否安全稳定的运行具有极为重要的意义。
在进行空载试验时需要利用高压侧来进行开路,而加压则利用低压侧来完成,通过低压侧的额定电流来进行试验,这充分的说明了空载试验是在额定电压下进行的,由于试验电压较低,所以试验时电流也远远低于额定电流的数值,所以空载试验时也是在额定电压下所测得的空载损耗和空载电流。
变压器空载试验的电源容量的选择:在进行变压器空载试验时,在对电源容量进行选择进,在确保其电源波形失真率小于百分之五,而被试验的变压器,其空载容量不能超过电源容量的一半,而当采用发电机组进行空载试验时,则空载容量则不能高于发电机组容量的百分之二十五。
电机学辜承林(第三版)第3变压器

主磁通与感与应电动势 e1、e2关系
时间相位上:滞后于 Øm 的电角度是 90° 有效值大小: 相量表达式:
磁通Øm与电势E1、E2 的相量关系(图2-tem2)
2.漏磁通与漏电动势、漏电抗
• 漏电动势:e1s (t) = -N1 dØ1s/dt • 有效值: • 漏磁通与漏电抗
由于漏磁通所通过的途径是非磁性物质,其磁导率 是常数,所以漏磁通的大小与产生此漏磁通的绕组中 的电流成正比关系为:用漏感系数L1s表示二者关系: N1Ø1s∝ Im 即: L1s= N1Ø1s/√ 2 Im
从一个电路向另一个传递能量或传输信号的一种 电气装置。
常用来将一种交流电压的电能转换为同频率的 另一种交流电压的电能。
(一)变压器用途
• 电力系统中实现电能的远距离高效输送、合理配电、安全 用电。如:电力变压器、配电变压器。
• 供给特殊电源用的专用变压器。如:炼钢炉供电 的电炉 变压器、大型电解电镀、直流电力机车供电的整流变压器,
三相芯式变压器示意图
绕组
上铁轭
铁芯柱
下铁轭
铁心结构示意图
铁心结构示意图
铁心结构示意图
(二)绕组
• 1、作用:构成变压器的电路系统。 • 2、构成:绝缘铜线或铝线在绕线模上绕制而成。
3、结构形式:同心式、交叠式。
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
特点 同心式绕组结构简单、制造方便,国产电力
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。
变压器PPT讲解-PPT精选文档

第三章
变压器
3.1 变压器的基本工作原理和结构
3.1.1 基本工作原理和分类
一、基本工作原理 变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的 两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一 次绕组中加上交变电压,产生交链一、二次绕 组的交变磁通,在两绕组中分别感应电动势。
U1
d e1 N 1 dt d e2 N 2 dt
第三章
变压器
3.1 变压器的基本工作原理和结构
3.1.3 型号与额定值
二、额定值 额定容量 S (kVA ) N
额定电流 I 和 I (A ) 1 N 2 N
指铭牌规定的额定使用条 指在额定容量下,允许长期通过的额定 件下所能输出的视在功率。电流。在三相变压器中指的是线电流 额定电压 U 和 U ( kV ) 指长期运行时所能承受的工作电压 1 N 2 N
第三章
变压器
3.1 变压器的基本工作原理和结构
3.1.2 基本结构
一、铁心 变压器的主磁路,为了提高导磁性能和减少铁损,用0.35mm 厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。 二、绕组 变压器的电路,一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。 三、油箱 油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷却介质, 又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子(散热器或冷却器)。 四、绝缘套管 将线圈的高、低压引线引到箱外,是引线对地的绝缘,担负着 固定的作用。 此外,还有储油柜、吸湿器、安全气道、净油器和气体继电器。
第三章
变压器
3.2 单相变压器的空载运行
3.2.1 电磁关系
一、空载运行时的物理情况 主磁通与漏磁通的区别
1 与 I 成线性关系; 1)性质上: 0 与 I 0 成非线性关系; 0
1 仅占1%以下; 2)数量上: 0 占99%以上,
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Xm
变压器空载运行时的等效电路☆
等值电路综合了空载时变压器内部的物理情况,在等值电路中的R1、X1
是常量;R
m、X
是变量,它们随铁心磁路饱和程度的增加而减小。
m
12
§3-2 单相变压器的空载运行
六、空载运行时的相量图
根据前面分析,可以绘出空载运行时的相量图 ,步骤如下:
(1)在横轴正向画m作为参考相量 (2)根据E1=-j4.44fN1m和E2=-j4.44fN2m画落后于m的 E1和E2=U20。 (3)根据 I0 I IFe 画出I0,其中I与 m同相,IFe超前 m 90°。
E2
j4.44 f
N 2m
变比k---指变压器原、副绕组的电动势之比。
k=E1/E2=(4.44fN1Φm)/(4.44fN2Φm)=N1/N2 ☆
≈ U1N/3-2 单相变压器的空载运行
漏磁通电动势:
磁链 N11 L1 i0
其中L1σ为原绕组的漏电感,是一个常数。
U1
U1N 3
6000 3
3464V
E1 I0Zm I0
Rm2
X
2 m
0.623
5142 55262 3458V
I0Z1 I0 R12 X12 0.623 4.22 92 6.2V
I1N Z1 9.62 9.932 95.5V
由计算知, I0Z1 =0.18%U1N; I1NZ1 =2.75%U1N;可以认为:
无功功率 :Q1 S1 cos 3680 sin 82.66 3649 var
3)每相电压U1、E1及漏阻抗压降I0Z1及比较 :
U1
U1N 3
6000 3
3464V
E1 I0Zm I0
Rm2
X
2 m
0.354
12482 97022 3463V
I0Z1 I0
R12
X
2 1
0.354
流通磁化电流的纯电纳B支路。
gg
g
g
I 0 = I Fe I ( E1)(G jB)
Rm
G G2 B2
B Xm G2 B2
gg
有功功率:- E1gI
Fe
GgE12
I
2 0
R(m 铁耗)
gg
无功功率:- E1gI BgE12 I02 X m
g
g
g
- E1 I 0 Zm I 0 (Rm X m )
1
§3-2 单相变压器的空载运行
主磁通定义:磁通在铁芯中,与原、副边绕组相交链。99%以上 漏磁通定义:磁通通过非磁性介质,仅与原边绕组交链。
(1)主磁通原边感应电动势
e1
N1
d
dt
(2)主磁通副边感应电动势
e2
N2
d
dt
(3)漏磁通原边感应电动势
e1
N1
d1
dt
2
§3-2 单相变压器的空载运行
2.182 3.942 1.59V
U1 3464V E1 3463V I0Z1 1.59 0.046 % E1 3463
19
主磁通Φ的磁路是非线性的,Xm不是常数,而是随铁 心饱和程度的增加而减小。
U1 I0 Zm I0 Z1 I0(R1 jX1 ) I0(Rm jXm ) ☆
11
§3-2 单相变压器的空载运行
U1 I0 ( R1 jX1 ) I0 ( Rm jX m )
I0 R1
X 1
Rm
U1
E1
其中, i 与主磁通Ф同相位,而iFe与外加电源电压u同相位,即 超前i 90º(Ф滞后u 90º)。
一般,在电力变压器中,I0=(0.02~0.10)I1N。容量越大, I0相对越小。而IFe I0 ×1%。因此,可以近似认为:
I0 I 。
5
§3-2 单相变压器的空载运行
6
§3-2 单相变压器的空载运行
§3-2 单相变压器的空载运行 一、变压器空载运行时的物理情况
空载运行 :原边AX接电源,副边ax开路。
A i0
u1 e1
X
Φ
NΦ1 N12
正方向定义:☆
1.电压U的正方向与电流
a
正方向一致;
e2
2.电势的正方向与电流的
x
正方向一致;或符合右手
螺旋定则;
3.磁通的正方向与电流正 方向符合右手螺旋定则。
解:1)原边额定电流I1N及空载电流:
I1N
SN
100 103
9.62 A
3U1N 3 6000
I0
3
U1N
0.623A
(R1 Rm )2 ( X1 X m )2
15
§3-2 单相变压器的空载运行
I0 0.623 6.48% I1N 9.62
2)每相电压U1、E1;漏阻抗压降I0Z1及I1NZ1:
U1 E1 j4.44 f N1m 副边的电动势平衡方程式 : u2 e2 或相量形式 U2 E2
9
§3-2 单相变压器的空载运行
g
E1的参数表达方式推导:☆
g
g
把 E1 和 I 0 之间的关系直接用参数形式反映:
g
计及铁损耗时,E1 可用两条并联支路来表示。
流通铁耗电流的纯电导G支路;
(2)空载运行时的输入功率(视在功率、有功功率、无功功 率)?
(3)原边每相电压U1、E1及漏阻抗压降I0Z1,并比较它们的 大小。
解:1)励磁电流及与额定电流的比值:
17
§3-2 单相变压器的空载运行
Z Z1 Zm 2.18 j3.94 1248 j9702 9786 82.66
I0
U1N 3 Z
6000 0.354A 3 9786
I0 0.354 2.3% I1N 15.4
2)空载运行时的输入功率 :
视在功率 : S1 3U1N I0 3 60000.354 3.68kVA 有功功率 : P1 S1 cos 3680 cos82.66 470W
18
§3-2 单相变压器的空载运行
U1 E1
16
『补例 3-2』
§3-2 单相变压器的空载运行
三相电力变压器,SN=160kVA,U1N/ U2N=6000V/400V。额 定电流I1N/ I2N =15.4A/231A;每相参数R1=2.18,X1=3.94, Rm=1248,Xm=9702;试求:
(1)变压器空载励磁电流及与额定电流的比值;
4
§3-2 单相变压器的空载运行
2、考虑空载损耗时的空载电流☆
实际上,空载电流在建立空载磁场的同时,在铁芯上会有 铁耗的产生,即磁滞损耗和涡流损耗。因此实际空载电流中还
有一个提供有功分量的电流iFe。即:
i0=i+ iFe 。
I0 I IFe
真正的励磁电流分量均不是正弦波,但在工程上为了便 于测量和计算,多用正弦相量来近似。因此:
e1
N1
d1 dt
L1
di0 dt
设i0 I0m sin t, 则:
e1 L1 I0m cost E1 m sin(t 900 )
相量形式 E1 jI0L1 jI0 X1
式中X1σ=ωL1σ为原绕组的漏电抗。 Φ1σ主要通过非磁性磁路形成闭合回路,其磁导率μ0
为常数,故其磁路线性,L1σ及X1σ均为常数。
8
§3-2 单相变压器的空载运行
四、空载运行时的电动势平衡方程式
原边的电动势平衡方程式 : u1 e1 e1 i0R1
相量形式 U1 E1 E1 I0R1 E1 jI0 X1 I0R1
E1 I0Z1 ☆ (原绕组的漏电抗Z1 R1 jX1 ) 空载电流I0 5%I1N 很小, 故
10
§3-2 单相变压器的空载运行
五、空载运行时的等效电路
U1 E1 I0 Z1 E1 I0 ( R1 jX1 )
主磁通感应电动势 E1 I0 (Rm jX m ) I0 Zm
其中,激磁电阻表示铁耗的大小,即Rm=pFe/I02; 激磁电抗Xm 表示主磁路的导磁性能,反映励磁过程, 即Xm∝ Φ/I0。
三、感应电动势和变压器变比
设主磁通Ф=Фmsinωt
则e1=-N1dΦ/dt=-N1Фmωcosωt=E1msin(ωt-90°)☆
有效值:E1=E1m/1.414=2πfN1Фm/1.414=4.44fN1Φm ☆
相量形式为:
E1 j4.44 f N1m
同样,e2的有效值为: E2=4.44fN2Φm 相量形式为:
(4)根据U1 E1 I0 R1 jI0 X1 画出U1。其中,
I0R1与I0同相,j I0X1超前I0 90°。
13
§3-2 单相变压器的空载运行
U1 I0 X1 I0 R1
E1
I0 IFe
I m
E2 U20
E1
14
§3-2 单相变压器的空载运行
『补例 3-1』三相电力变压器,Y/y连接,SN=100kVA,U1N/ U2N =6000V/400V。每相参数R1=4.2,X1=9, Rm=514, Xm=5526;试求: (1)变压器原边额定电流I1N及空载电流所占百分比; (2)原边每相电压U1、E1;漏阻抗压降I0Z1及I1NZ1
二、空载电流
1、忽略空载损耗时的空载电流☆
在忽略空载损耗时,空载电流的作用就是建立空载磁场。 当对变压器施加正弦电压时,其感应电势也为正弦波, 即主磁通也应是正弦波。但由于磁化曲线的非线性,导致空 载电流畸变为尖顶波。此时的空载电流仅产生空载磁场,是
无功分量。即i0=i 。
3
§3-2 单相变压器的空载运行