2.1变压器的空载运行
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
变压器的原理与空载运行
变压器的原理和空载运行变压器空载运行指变压器一次绕组接额定频率、额定电压的交流电源，二次绕组开路的运行状态。
一、变压器的空载运行1.理想变压器的空载运行空载电流还建立空载磁动势产生交变的磁通; 铁心磁导率远大于空气磁导率，绝大部分磁通沿铁心闭合，同时交链一、二次绕组，称为主磁通Φ。
另外有很少一部分磁通只交链一次绕组，主要沿非铁磁材料闭合，称为一次绕组的漏磁通空载运行时，一次绕组所接电源为额定频率、额定电压的正弦交流电，根据电磁感应定律，一次绕组的感应电动势为变压器的基本原理是电磁感应原理，现以单相双绕组变压器为例说明其基本工作原理:当一次侧绕组上加上电压Ú1时，流过电流Í1，在铁芯中就产生交变磁通Ø1，这些磁通称为主磁通，在它作用下，两侧绕组分别感应电势É1，É2，感应电势式E=4.44fNØm式中：E--感应电势有效值 f--频率 N--匝数Øm--主磁通最大值.不计一次、二次绕组的电阻和铁耗，其间耦合系数 K=1 的变压器称之为理想变压器描述理想变压器的电动势平衡方程式为 e1(t) = -N1 d φ/dt e2(t) = -N2 d φ/dt 若一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时值均按正弦规律变化，则有不计铁心损失，根据能量守恒原理可得由此得出一次、二次绕组电压和电流有效值的关系K=N1/N2，称为匝比（亦称电压比）。
2.实际变压器的空载运行空载运行时，空载电流i0产生励磁磁势F0，F0建立主磁通Φ，而交变磁通在原绕组内感应电势e1，单独产生磁通的电流为磁化电流i0w，i0w与电势E1之间的夹角是90°，故i0w是一个纯粹的无功电流。
铁心中的磁通不变，一定存在损耗，为了供给损耗，励磁电流中除了用来产生磁通的无功电流外，还应包括一个有功电流i0r，即im=i0w+i0r，其向量关系如图。
-E1=imRm+jimXm=imZm，Xm是主磁通Φ引起的电抗，为励磁电抗。
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
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 。
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
2.1 变压器的空载运行
• 3、感应电动势的正方向与产生它的磁通的正 方向符合右手螺旋定则；
A ˙I1 ˙E1
˙U1 ˙E1σ
X
Ф˙ m
N1
N2
Ф˙ 1σ
Ф˙ 2σ
˙I2 a ˙E2 ˙U2 ˙E2σ
x
三、空载时的电磁关系
磁动势
˙U1
˙I0
Ф˙ m ˙F 0 =˙ I0N1 Ф˙ 1σ
I0 A
˙E1 ˙U1 ˙E1σ
X
Ф˙ m
N1
N2
˙
Ф1σ
˙
Ф2σ
I2 0 a
˙E2 ˙E2σ
˙U2
x
Z0
U1 I0
E1 I0
Z1
Zm
Z1
U1 E1 I0 Z1 I0 (Z m Z1 )
激磁阻抗 原绕组漏阻抗
U1 I0 (Zm Z1)
Z1 R1 jx1
I0
U1
E1
U1 E1 I0Z1
˙E1
˙E2 ˙E1σ
˙I0r1
1、电动势与磁通的关系
φ=Φmsinωt
e1
N1
d
dt
N1m
cost
2E1 sin(t 90)
e2
N2
d
dt
N2m
cost
2E2 sin(t 90)
e1
N1
d1
dt
N11m cost
E1
N1m
2
4.44
fN 1m
E2
N 2m
2
4.44
fN 2m
2E1 sin(t 90)
U1 E1
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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）增加到原来的倍，不变，增大；
（B）增加到原来的倍，不变，减少；
（C）增加到原来的倍，不变，增大；
（D）增加到原来的倍，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）；
（B）2；
（C）；
（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。