变压器的空载运行
电机学变压器的运行原理(空载、负载、数学模型)
第8章 变压器
28
2、T型等效电路 T型等效电路的形成过程，见下图。
I&1 R1
X 1
R2
I&0
Rm
U&1
E&2 E&1E&2 E&1
E&2
Xm
X 2 I&2
U&2
Z L
T型等效电路的形成过程
第8章 变压器
29
Γ型等效电路
对于电力变压器，一般 I1NZ1＜0.08U1N，且 I1NZ1 与 -E1是相量相加，因此可将励磁支路前移与电源并 联，得到Γ型等效电路。
1、空载电流的波形
电网电压为正弦波，铁 心中主磁通亦为正弦波。若 铁心不饱和（Bm < 1.3T）， 空载电流 i0 也是正弦波。
电力变压器，Bm= 1.4T ～1.73T，铁心都是饱和的 。其励磁电流呈尖顶波，除 基波外，还有较强的三次谐 波和其它高次谐波。
第8章 变压器
11
2、空载电流与主磁通的相量关系
问题：一般电力变压器 的变比 k 较大，一、二 次侧的电压、电流差别
很大，计算不便，画相
量图更加困难。因此，
下面介绍分析变压器的 一个重要方法——等效 电路、折算。
第8章 变压器
19
四、绕组归算(折算)及数学模型
所谓把二次侧折算到一次侧，就是用一个匝数为N1 的等效绕组，去替代变压器匝数为N2二次侧绕组，折 算后的变压器变比 N1/ N1=1 。
第8章 变压器
30
4、简化等效电路和相量图
对于电力变压器，由于 I0＜0.03I1N，故在分析变压器满载及负 载电流较大时，可以近似地认为 I0＝0，将励磁支路断开,等效电 路进一步简化成一个串联阻抗，如图所示。
5.2.1空载运行的物理情况变压器一次绕组接电源,二次绕
5.2.5
空载运行时的相量图
和等值电路 根据电压平衡方程式， 可以绘出变压器空载运行 时的相量图，如图所示。
I (r jx ) E U 1 0 1 1 1 E E
1 2
变压器的励磁电流由无功分量和有功分量组成即524漏电阻漏磁通和漏磁电抗在实际变压器中一次绕组具有电阻称为一次绕组漏电阻励磁电流通过时在一次绕组上产生电压降
5.2单相变压器的空载运行
5.2.1 空载运行的物理情况 变压器一次绕组接电源，二次绕组开路，负 载电流为零，这种情况即为变压器的空载运行。 变压器空载运行时通过一次绕组的电流叫做空载 电流，用表示，因为空载时变压器的磁通完全是 由空载电流产生的磁动势所建立的，所以，空载 电流也成为励磁电流。
5.2.2 变压器空载运行时的磁通、感应电动势
d u1 i0 R1 e1 i0 R1 N1 dt U1 e1 N 1 K 称为变压器需要从电源输入无功功率，因此
用来产生主磁通
的电流与主磁通 同相位，
油部分）的磁阻，因此可近似认为是个常数，磁阻
为常数的磁路称为线性磁路。线性磁路中漏磁通与
励磁电流大小成正比，相位相同，引用绕组的漏电
系数来表示二者之间的关系为： L1 的大小变化的常数。
N11 2I 0
L1 是一次绕组的漏电感系数，是不随励磁电流
J L I J X I E 1 1 0 1 0
而落后于电源电压U的相位为 900，称之为
表示，在变压器中，也称之为 磁化电流，用 I
0r
励磁电流的无功分量。 变压器的励磁电流由无功分量和有功分量 组成，即
I I I 0 0r 0a
5.2.4 漏电阻、漏磁通和漏磁电抗 在实际变压器中，一次绕组具有电阻 r1 ，称为 一次绕组漏电阻，励磁电流通过时，在一次绕组上
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。
变压器空载运行
06
变压器空载运行的未来发展
提高变压器的效率
优化变压器设计
通过改进变压器结构设计、选择更优质的材料和采用先进的 制造工艺，减少变压器的损耗和提升其效率。
高效变压器产品的研发
研发出更高效、更节能的变压器，以满足电力传输和分配的 更高要求。
提高变压器的可靠性
增强变压器保护措施
通过增加变压器保护装置，如过载保护、短路保护和过电压保护等，提高变 压器的运行可靠性。
02
变压器空载运行与负载运行
变压器空载运行与负载运行的比较
空载运行指变压器二次侧开路，一次侧通过励磁电流维持 磁场，不向外部输送功率；负载运行指变压器二次侧有负 载，通过传输电能向外部输送功率。
空载运行时，变压器铁损（铁芯涡流损耗和磁滞损耗）和 铜损（线圈电阻损耗）为主要损耗；负载运行时，变压器 传输的功率和铜损为主要损耗。
05
变压器空载运行的安全措施
安装和操作安全要求
确保变压器安装牢固、可靠，避免出现晃动或 位移。
在操作过程中，应穿戴适当的个人防护装备， 如绝缘手套ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ护目镜。
保持操作现场整洁，避免杂物和人员走动，以 免影响操作安全。
维护和检修安全要求
制定详细的维护和检修计划，并按照计划进行实施 。
在维护和检修前，必须了解变压器的结构和工作原 理，并遵循相关的安全规定。
绝缘电阻异常处理
如果测量结果异常，需要进一步检查变压器的内部结构和绕组情况，确定故 障位置并进行维修或更换。
听变压器的声响
正常声响的判断
正常运行中的变压器会发出嗡嗡声，这是由于磁场作用在铁芯和绕组上产生的振 动所引起的。如果变压器的声响过大或者存在其他异常声响，可能是故障的征兆 。
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。
变压器的空载运行特性介绍
变压器的空载运行特性介绍一、电磁物理现象1、磁通：(1) 主磁通(Φ)----由一次绕组电流产生，同时交链一、二次绕组的磁通。
沿铁芯路径闭合，磁阻小、会饱和，由电磁转换传递功率。
(2) 一次漏磁通(Φ1σ)----由一次绕组电流产生，只交链一次绕组的磁通。
沿空气回路闭合，磁阻大、不会饱和，不传递功率。
2、其他：(1) 空载运行----运行时一次绕组加电压，二次绕组开路，输出电流为零。
(2) 空载电流（i0）----空载运行时，一次绕组所加电流（i1=i0）。
(3) 励磁电流（im）----空载时，不输出电流，则输入电流全部用于建立磁场，故im= i0 。
(4) 电磁关系：二、正方向的规定1、目的：对交变的量，规定了正方向，才能列写电压方程。
2、应用：当求解出的电压、电流、磁势、磁通等为正值，代表实际方向同规定的正方向，为负，代表实际方向与规定的正方向相反。
3、选择：电流g磁通，右手螺旋；磁通g电势，也是右手螺旋。
三、感应电动势、电压变比1、电压平衡式：2、电势：3、变比：四、励磁电流引言：忽略电阻压降、漏电势有：，当外施电压大小、波形（正弦）一定，则磁通的大小和波形也一定，磁通Φ为“正弦基波”，产生磁通的励磁电流im(i0)如何？1、磁路饱和对励磁电流的影响(1) 当磁路未饱和时（Bm<0.8T），i0与Φ的关系曲线为线性，产生正弦波磁通，则励磁电流也按正弦变化。
(2) 当磁路饱和时（Bm>0.8T），i0与Φ的关系曲线为非线性，产生正弦波磁通，则励磁电流为对称的尖顶波变化，为便于矢量表达，取有效值相同的正弦波代之。
定义尖顶波电流（），为“磁化电流”，相位与磁通一致（同相位）。
2、磁滞现象对励磁电流的影响(1) 电流产生磁通，上升磁化曲线与下降不重合。
(2) 要产生正弦波磁通，励磁电流i0为不对称的尖顶波，可分解为一个对称尖顶波的磁化电流iμ和磁滞损耗电流ih 。
(3) 相位：，3、涡流现象对励磁电流的影响(1) 原因：交变磁通g在铁芯中感应电势g产生涡流(电流)g涡流损耗（有功损耗）。
变压器的空载运行
Xm
I1L I2
U 2 ZL
第三章 变压器
简化等效电路：
RS X S
I1 I2
U 1
U 2 Z L
其中
RS R1 R2 X S X1 X 2 ZS RS jX S
分别称为短路电阻、短路 电抗和短路阻抗。
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。
X
m
1
2
I2
a
E 2 E 2
U
2
ZL
x
第三章 变压器
用图示负载运行时的电磁过程
U 1 I1 U 2 I2
F1 N1I1 F2 N 2 I2
F0 N1I0
R1I1
1
E1
E1
0
E 2
2
E 2
R2 I2
第三章 变压器
3.3.2 基本方程
反映了供电电压的稳定性。
用相量图可以推导出电压变化率的表达式：
式中
β
I2
ΔU
β(R*s
cos 2
X
* s
sin2
)
称为负载系数
I2N
由表达式可知，电压变化率的大小与负载大小、性质及
变压器的本身参数有关。
第三章 变压器
当变压器带阻性负载(2 0 )和阻感性负载(2 0 )时,U为
E 1
I1R1
jI1X1
E 1
I1Z1
E1
U1 E1 4.44 fN1m U 2 E2 I2R2 jI2 X 2 E2 I2Z2 U 2 I2Z L
变压器空载运行知识点总结
变压器空载运行知识点总结一、变压器空载运行的原理1. 变压器结构变压器由铁芯和线圈组成，铁芯由硅钢片或铁氧体材料制成，主要用于集中磁通和减少磁滞和涡流损耗。
线圈分为初级线圈和次级线圈，在运行时分别与输入电源和输出负载连接。
2. 变压器工作原理变压器是利用电磁感应的原理来实现输入输出电压的变换。
当交流电源加到初级线圈上时，产生的交变磁通穿过铁芯，感应次级线圈中产生电动势，从而使输出端产生相应的电压输出。
3. 空载运行状态变压器在空载状态下，即没有输出负载的情况下，主要是变压器铁芯的磁化和损耗。
此时输入端电流很小，主要是用来克服铁芯磁滞和涡流损耗，因此称为空载运行。
二、变压器空载运行的应用1. 变压器调节在某些情况下，需要通过变压器来调节输入输出端的电压，以满足不同的电器设备要求。
通过空载运行，可以调整变压器的磁通密度，从而实现电压的调节。
2. 变压器测试在变压器投运前或者维护保养时，需要进行变压器的测试，其中包括空载运行测试。
通过空载测试可以验证变压器的工作状态和性能，确保其能够正常投入运行。
3. 电气设备保护空载运行状态下的变压器，通常用于供电系统的过载保护和短路保护，可以及时发现和解决电网问题，保护电力设备的安全运行。
三、变压器空载运行的特点1. 低功耗在空载状态下，变压器的输入电流较小，主要用于克服铁芯的磁滞和涡流损耗，因此其功耗较低。
2. 低温升由于空载运行时变压器输入电流很小，因此在空载状态下变压器内部温升较低，不会产生过多的热量。
3. 磁通密度调节范围大变压器在空载状态下可以通过调整铁芯的磁通密度来实现输出端电压的调节，其调节范围较大。
四、变压器空载运行的检测方法1. 变压器空载分接开关测试通过变压器空载分接开关测试，可以检测空载状态下变压器的各种性能参数，以便评估其运行状态和性能指标。
2. 变压器空载损耗测试通过测试变压器在空载状态下的损耗，可以验证变压器的工作效率和节能性能，从而进行必要的维护和改进。
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二、四个主要的物理量
2. 空载电流
① 空载电流的组成与作用
•
•
•
I 0 I 0Q I 0P
•
I0Q
——用来建立空载的磁场，与主磁通同相位，为一无功电流；
•
I0P
——用来供给铁心损耗，它超前于主磁通900，为一有功电流
② 空载电流的作用、性质和大小
空载电流I0（励磁电流）的作用：主要用于产生主磁通。
④
感应电势的相量表示：E•1
j
4.44
fN1
•
m
同理：
•
•
E2 j4.44 fN2 m
二、四个主要的物理量
（2）漏磁通感应的电势
•
变压器一次绕组的漏磁通 1也将在一次绕组中感应一个漏磁电势 E1
•
•
E1 j4.44 fN1 1m
因为漏磁路是线性的，漏磁通 1 与电流I0的大小成正比，且相位相同
空载电流I0的性质：无功电流
空载电流I0的大小：约为额定电流的（2～10）%,容量越大，I0相对越小。
③ 空载电流的大小主要取决于
•
E1 ZZ I 0 (rZ jxZ ) I 0
可以用阻抗参数ZZ来取代主磁通Φm的作用
励磁阻抗 ZZ rZ jX Z
rZ为励磁电阻，表征铁心损耗的一个等效参数； XZ为励磁电抗，表征对应于主磁通的电抗
U1 4.44 fN1
影响变压器主磁通大小的因素有两种：一种是电源因素(电压U 1和频率f1)， 另一种是结构因素N1
第三章 变压器
第二节 单相变压器的空载运行
1
问题讨论
问题：变压器铁心的作用是什么？为什么要用0.35mm厚、表面涂有绝缘漆的 硅钢片叠成？
分析：铁心的作用：1.构成主磁路；2. 绕组的机械支撑 用0.35mm厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成的目的： 1.为了提高铁心的导磁性能； 2.减少磁滞损耗和涡流损耗。
漏磁电势
•
E
1
与电流I0的大小成正比，相位滞后900
•
•
E1 j I 0 X1
X1 ——一次绕组的漏电抗,是一次绕组的一个参数，它表征了漏磁通的 电磁效应。（等效代替一次绕组漏磁通 1的作用）
X1 = L1 N121
L1 ——一次绕组的漏电感
推广：一变化的磁通交链一绕组，对应磁通的电抗可表示为 X =N 2
2020/10/16
一、变压器空载时的电磁关系
变压器的空载运行：一次绕组接在额定频率
的额定电压的交流电源上，而二次绕组开路。
1.空载运行时各物理量之间的关系
•
•
•
•
U 1 I 0 F 0 N1 I 0
•
E1
•
m
•
E2
•
•
1 E1
•
I0 r1
2.正方向的规定 ① 一次绕组是输入电能的，所以流入绕组的电流方向作为电流的正方向。
② 同一条支路中，电压u与电流i的正方向一致。 ③ 电流i产生磁势，在变压器铁心中建立磁通Φ，Φ与i的正方向符合右手螺
旋定则。
④ 磁通Φ产生的感应电势，其正方向与产生该磁通的电流i的正方向一致。
二、四个主要的物理量
1. 感应电势
（1）主磁通的感应电势（大小与电源频率f、绕组匝数N及铁心中主磁通
m sin t
的最大值 成正比，在相位上滞后主磁通 90 ）
e1
N1
d dt
N1m
cos t
N1m sin(t 90 )
E1m sin(t 90 ) ① 主磁通Φ按正弦规律，感应电势也按正弦规律变化
② 感应电势的大小：
E1
E1m 2
N1m
2
2
fN1m 2
=4.44 fN1m
③ 感应电势的相位：在相位上滞后产生它的主磁通 900
I0
E1
U1
rZ
2
X
2 Z
XZ
二、四个主要的物理量
3. 空载损耗 交变的主磁通在铁心中产生磁滞损耗和涡流损耗，总称铁损耗，简称铁耗。
对于电机在铁心一定的情况下 PFe B2 f 1.5
4. 主磁通
•
•
•
•
U 1 I 0 r1 E1 E1
•
•
•
U 1 E1 j4.44 fN1 m
m
E1 4.44 fN1