变压器的空载电流及其谐波
浅析变压器的空载电流及其谐波
摘要:本文根据空载电流与励磁电流之间的相互关系,分别对
各类结构的变压器空载电流的谐波进行了全面的分析,并指出了变
压器空载电流与励磁电流的区别及其谐波与那些因素有关。
关键词:变压器 励磁磁势 空载电流 励磁电流 谐波 磁化
变压器在额定电压下空载运行时,由励磁电流在铁心中建立主
磁通。铁心的励磁电流是由一次绕组和二次绕组共同提供,有一部
分励磁电流可能在绕组内部自行形成通路。变压器的空载电流与铁
心的励磁电流存在一定关系,但空载电流不完全等同于铁心的励磁
电流,它们之间到底存在什么样的内在联系呢?
1、励磁电流的特性分析
励磁电流是指产生励磁磁势,使变压器铁心磁化而建立主磁通
的电流。当在一次绕组上外施正弦波电压时,为了产生与之相平衡
的感应电动势,必须在铁心中建立相应的正弦波主磁通。由于铁磁
材料磁化曲线的非线性关系,建立此正弦波主磁通的励磁磁势不再
是正弦波,而是尖顶波。铁心的饱和程度越高,励磁磁势畸变得越
厉害。
另一方面励磁磁势将按磁势平衡原理由铁心上所有绕组中流过
的电流共同产生。以单相变压器为例,如图,励磁磁势,将二次绕
组中流过的电流i2按匝数比折算至一次侧,设,那么,其中为等
效励磁电流,为了产生尖顶波的励磁磁势,就必须提供尖顶波的励
磁电流,而尖顶波的励磁电流一般可分解为基波及3、5、7……次
等高次谐波,其表达式可写为
(1)
当励磁电流的各次谐波都存在流通回路时,在励磁电流中,除
基波外,一般以三次谐波电流的幅值最大,五次谐波次之。而且在
一定电压下,励磁电流与励磁磁势一样,其大小和波形取决于铁心
的饱和程度。饱和程度越高,励磁电流的波形畸变越厉害,其各次
谐波电流的幅值也越大,这就是励磁电流的特性。
2、空载电流的特点
空载电流是指对变压器的一次绕组施加额定频率的额定电压
时,其余各绕组开路,流经一次绕组的电流。因此,空载电流是从
电源侧流经变压器一次绕组的电流。根据电流连续性原理,如果三
相变压器一次绕组没有中线引出,那么,各相空载电流瞬时值之和
等于零,这就是空载电流必须满足的条件。如果三相变压器一次绕
组有中线引出,那么,各相空载电流瞬时值之和等于经中线流出的
电流瞬时值。
变压器的空载电流包括励磁电流和铁耗电流,励磁电流也成磁
化电流。由于铁耗电流很小,空载电流主要用于励磁,所以,有时
也称空载电流为励磁电流。空载电流只在一次绕组中存在,而励磁
电流可以在一、二次绕组中同时存在。
3、空载电流的谐波分析
3.1 单相变压器
单相变压器在额定电压下空载运行时,必须提供的励磁电流仍
可用(1)式来表示。由于二次绕组没有电流通路,励磁电流只能
由一次绕组单独提供。由此可知:单相变压器的空载电流就是铁心
的励磁电流,并具有与励磁电流完全相同的特点。但必须指出:不
同次数的励磁电流谐波之间不能简单地进行叠加。
3.2 三相变压器
(1)y-△联结的三相变压器。空载运行时由于一次绕组无中线,
所以一次绕组中的空载电流没有三次谐波。然而为了建立正弦波的
主磁通,励磁电流必须是尖顶波,即励磁电流中必须包含有三次谐
波。三相变压器的空载运行时,励磁电流中的基波(以及5、7次
等谐波)在星结的一次绕组中流通,这便是空载电流。而励磁电流
中的三次谐波以及3的奇数倍次谐波在三角形联结的二次绕组中流
通。这时空载电流并不是励磁电流,在有些教材中笼统地说“空载
电流就是励磁电流”是不确切的。
(2)△-y联结的变压器。当其空载运行时空载电流亦无三次谐
波,而三角形联结的一次绕组中可以流通三次谐波电流。所以绕组
中励磁电流也是尖顶波,可产生正弦波磁通,但空载电流也不是励
磁电流。
变压器三相结构愈不对称,空载电流及其各次谐波三相也愈不
对称,而且,其三次谐波电流的幅值也愈大。因此,星/三角形联
结三相变压器空载电流的谐波(尤其是三次谐波)除了与铁心的饱
和程度有关外,还与变压器三相结构的不对称程度有关。
(3)y-y联结变压器。当其空载运行时由于一次绕组星形联结
无中线,空载电流中无三次谐波;二次绕组也是星形联结,也没有
给三次谐波电流提供通路,此时空载电流就是励磁电流。由于励磁
电流中无三次谐波,其他高次谐波影响很小,励磁电流近似为正弦
波,使得主磁通为平顶波,从而使绕组相电势或相电压发生畸变。
故此种结法的绕组只适用于小容量1800kva以下心式三相配电变压
器。
3.3 三相变压器组
常用三相变压器组一般都含有一个三角形联结绕组。由于三角
形联结绕组的存在,铁心励磁电流的各次谐波都存在流通回路,铁
心磁化的物理过程与单相变压器是相似的。三相变压器组的铁心励
磁电流相当于单相变压器的铁心励磁电流,而单相变压器的铁心励
磁电流就是其空载电流。但是,必须指出:三相变压器组的空载电
流与单相变压器的空载电流是不同的。如果三相变压器组不含三角
形联结绕组,励磁电流则不能完全流通,此时,铁心磁化的物理过
程与单相变压器是不同的。实际上,由于励磁电流不能完全流通,
这种结构将引起相电压波形发生严重畸变,所以一般并不采用。
通过以上分析得知:变压器的空载电流包括励磁电流和铁耗电
流,励磁电流也成磁化电流。由于铁耗电流很小,空载电流主要用
于励磁,所以,有时也称空载电流为励磁电流,但空载电流不完全
等同于铁心的励磁电流。空载电流的谐波除了与铁心的饱和程度有
关外,还与变压器的结构形式以及三相结构的不对称程度有关。
参考文献
[1]冯欣南主编.电机学.机械工业出版社.
[2]李开勤主编.电机与拖动基础.高等教育出版社.
[3]周立主编.电机与拖动基础.中国铁道出版社.
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。
第3章变压器
1.二次绕组电流的折算
根据折算前后磁势保持不变的原则,有:
N1 I 2 N 2 I2
则
N2 I2 I2 I2 N1 K
2.二次绕组电动势的折算
根据折算前后主磁通和漏磁通保持不变的原则,有:
4.44 fN1m E2 N1 K E2 4.44 fN 2m N 2
E1
2
在相位上滞后主磁通 m 90°相角
同理写出二次
绕组感应电动势的有效值
二次绕组感应电势的有效值为:
E 2 =4.44 fN 2m
E 2 在相位上滞后主磁通 m 90°相角
漏磁通1 在一次侧绕组中产生的 漏磁感应电动势为:
L1 定义为漏磁电感 L1
d 1 L di e1 =-N1 = 1 dt dt
K 2 x2 x2
负载阻抗也有同样的关系,即:
2 ZL K ZL
4.二次侧电压的折算
根据二次侧电压平衡方程式,折算后的二次 侧电压值仍应等于折算后的二次绕组的感应 电动势减去折算后二次侧的漏阻抗压降
=E - - U I Z = k ( E I Z )= k U 2 2 2 2 2 2 2 2
S9 型配电变压器(10 kV)
大型油浸电力变压器
大连理工大学电气工程系
干式变压器
大连理工大学电气工程系
附录1 变压器图片
调压器(自耦变压器)
控制变压器
3.1.3 变压器的基本结构
铁心 器身绕组 引线和绝缘 和箱底) 油箱油箱本体(箱盖、箱壁 小车、接地螺栓、铭牌 等) 油箱附件(放油阀门、 变压器调压装置-无励磁分接 开关或有载分接开关 却器 冷却装置-散热器或冷 保护装置-储油柜、油 位计、安全气道、释放 阀、吸湿器、测温 元件、气体继电器等 压套管,电缆出线等 出线装置-高、中、低 变压器油
第4章 变压器思考题及答案
第4章思考题及答案4-1 变压器能否对直流电压进行变换?答:不能。
变压器的基本工作原理是电磁感应原理,如果变压器一次绕组外接直流电压,则在变压器一次绕组会建立恒定不变的直流电流i1,则根据F1= i1N1,我们知道直流电流i1会建立直流磁动势F1,该直流磁动势F1就不会在铁芯中产生交变的磁通,也就不会在二次绕组中产生感应电动势,故不会在负载侧有电压输出。
4-2变压器铁芯的主要作用是什么?其结构特点怎样?答:变压器铁芯的作用是为变压器正常工作时提供磁路,为变压器交变主磁通提供流通回路。
为了减小磁阻,一般变压器的铁芯都是由硅钢片叠成的,硅钢片的厚度通常是在0.35mm-0.5mm之间,表面涂有绝缘漆。
4-3为分析变压器方便,通常会规定变压器的正方向,本书中正方向是如何规定的?答:变压器正方向的选取可以任意。
正方向规定不同,只影响相应变量在电磁关系中的表达式为正还是为负,并不影响各个变量之间的物理关系。
变压器的一次侧正方向规定符合电动机习惯,将变压器的一次绕组看成是外接交流电源的负载,一次侧的正方向以外接交流电源的正方向为准,即一次侧电路中电流的方向与一次侧绕组感应电动势方向相同;而变压器的二次侧正方向则与一次侧规定刚好相反,符合发电机习惯,将变压器的二次绕组看成是外接负载的电源,二次侧的正方向以二次绕组的感应电动势的正方向为准,即二次侧电路中电流方向与二次侧负载电压方向相同。
感应电动势的正方向和产生感应电动势的磁通正方向符合右手螺旋定理,而磁通的正方向和产生该磁通的电流正方向也符合右手螺旋定理。
各个电压变量的正方向是由高电平指向低电平,各个电动势正方向则由低电平指向高电平。
4-4 变压器空载运行时,为什么功率因数不会很高?答:变压器空载运行时,一次绕组电流就称为空载电流,一般空载电流的大小不会超过额定电流的10%,变压器空载电流∙0I可以分为两个分量:建立主磁通∙mφ所需要的励磁电流∙μI 和由磁通交变造成铁损耗从而使铁芯发热的铁耗电流∙FeI 。
变压器空载损耗、负载损耗以及阻抗电压的计算
变压器的损失电量分为铁损和铜损,铁损又叫空载损耗,就是其固定损耗,实是铁芯所产生的损耗(也称铁芯损耗,而铜损也叫负荷损耗)。
一变压器损耗计算公式(1)有功损耗:ΔP=Po+KT β2 Pk(2)无功损耗:ΔQ=Qo+KT β2 Qk(3)综合功率损耗:ΔPz=ΔP+KQΔQQo≈Io%Sn,Qk≈Uk%Sn式中:Qo——空载无功损耗(kvar)Po——空载损耗(kW)Pk——额定负载损耗(kW)Sn——变压器额定容量(kVA)Uk%——短路电压百分比β——负载系数,为负载电流与额定电流之比。
KT——负载波动损耗系数Qk——额定负载漏磁功率(kvar)KQ——无功经济当量(kW/kvar)上式计算时各参数的选择条件:(1)取KT=1.05;(2)对城市电网和工业企业电网的6kV~10kV降压变压器取系统最小负荷时,其无功当量KQ=0.1kW/kvar;(3)变压器平均负载系数,对于农用变压器可取β=20%;对于工业企业,实行三班制,可取β=75%;(4)变压器运行小时数T=8760h,最大负载损耗小时数:t=5500h;(5)变压器空载损耗Po、额定负载损耗Pk、Io%、Uk%,见产品出厂资料所示。
二变压器损耗的特征Po——空载损耗,主要是铁损,包括磁滞损耗和涡流损耗;磁滞损耗与频率成正比;与最大磁通密度的磁滞系数的次方成正比。
涡流损耗与频率、最大磁通密度、矽钢片的厚度三者的积成正比。
Pc——负载损耗,主要是负载电流通过绕组时在电阻上的损耗,一般称铜损。
其大小随负载电流而变化,与负载电流的平方成正比;(并用标准线圈温度换算值来表示)。
负载损耗还受变压器温度的影响,同时负载电流引起的漏磁通会在绕组内产生涡流损耗,并在绕组外的金属部分产生杂散损耗。
变压器的全损耗ΔP=Po+Pc变压器的损耗比=Pc /Po变压器的效率=Pz/(Pz+ΔP),以百分比表示;其中Pz为变压器二次侧输出功率。
三变损电量的计算变压器的损失电量有铁损和铜损两部分组成。
现场变压器空载试验的精确测试
变 压 器 的种 类根据其 用途 不 同 主 要 分 为 两 种 , 一 种 是单相变 压器 ,主 要 是 指 由初 级 线 圈、次 级 线圈和磁 芯构成 的 在 电器 和无 线 电 路 中 以 升 降 电压 、 匹 配 阻 抗、安全 隔离 为 主 要 作 用 的 ,以电压变换 、 电流变换 和阻 主 抗变换 为 要功 能的变压 器。 其接线 方法主 要参见 图
电力 技 术 与 应 用
现场变压器空载试验的精确测试
许 巧 琴
国网宁夏 电力公司吴忠供 电公司 宁夏 吴忠 7 5 1 1 0 0
摘要:变压 器在 出厂时需要经过 多种试验的鉴定 , 作 为其是 否符合 出厂标准 的重要依据和 凭证 ,其 中变压器 的空载试验是 变压器众 多出厂试验 的重 要项 目 之 一,变压器 能否在 规定 额度的范围 内施行空载损耗也是检 测变压器性能的重要参数之一,其重要程度即便 是在变压器 的制造过 程中也是 要 重复 多次 的,同时作为大修投运之前 的重要交接项 目 之一 ,也是招标客户的会制定在现场监督测量的重要指数。本文将从 以下几方面 出发 , 针对 现 场 变压器 空载试验 的精确 测试 ,进行 简要分 析 、 探 讨。 关键词 :变压器 空载试验 影响 因素 精确测试
第三章变压器3
Z
* 2k
Z 2k = Z 2φN
采用标幺值的优点: 采用标幺值的优点:
(1)不论电力变压器容量相差多大,用标幺值 不论电力变压器容量相差多大, 表示的参数及性能数据变化范围很小。 表示的参数及性能数据变化范围很小。例如空载 电流约为0.5% 2.5%,短路阻抗4% 10.5%。 0.5%4%电流约为0.5%-2.5%,短路阻抗4%-10.5%。
末 端 X ,Y ,Z X ,y ,z
中性点 O o
变压器的同名端与电动势相位
高低压绕组的同名端同标记,则相电动势同相位; 高低压绕组的同名端同标记,则相电动势同相位; 高低压绕组的同名端异标记,则相电动势反相位。 高低压绕组的同名端异标记,则相电动势反相位。
三相变压器的连接组号
& & Eao 滞后E AO的相角 连接组号 = 30 o
3.7 变压器的运行特性
1、电压变化率 变压器的原、副边绕组都具有漏阻抗, 变压器的原、副边绕组都具有漏阻抗,负载电流流过漏阻 在变压器内部就引起电压降落, 抗,在变压器内部就引起电压降落,二次侧端电压随负载 的变化而变化。 的变化而变化。
U20 −U2 U2N −U2 ∆U%= ×100%= ×100% U2N U2N
移相变压器 消电流谐波原理
移相变压器消电流谐波原理全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:移相变压器是一种用来改善电力系统中电流谐波的装置。
电力系统中存在着各种电器设备产生的谐波电流,这些谐波电流会影响系统的稳定性和可靠性,甚至会造成设备损坏。
移相变压器的原理是通过适当设计和连接,使电流谐波在设备内部移相并抵消,从而减少对电力系统的影响。
移相变压器的工作原理主要包括两部分:变压器的相位移动和对抗谐波电流。
在传统的变压器中,输入端和输出端的电流是同相位的,对系统产生的谐波电流没有衰减效果。
而移相变压器则通过改变变压器的连接方式和设计参数,使得输出端的电流相位比输入端的电流相位提前或者滞后一定角度,从而实现对抗谐波电流的效果。
移相变压器的设计需要考虑多种因素,包括系统的谐波特性、负载情况、功率大小等。
在最简单的情况下,可以通过改变变压器的接线方式来实现相位移动。
比如可以使用Y-△连接方式,或者在变压器中加入相位移动装置。
在复杂的情况下,可能需要使用特殊的设计软件来模拟和优化设计。
移相变压器的使用可以有效地减少系统中的电流谐波,从而提高系统的可靠性和稳定性。
通过合理的设计和安装,可以使得系统中的谐波电流得到有效地抑制,并且可以适应不同负载情况。
移相变压器还可以提高系统的功率因素,减少功率损耗,降低电能消耗。
第二篇示例:移相变压器是一种用于消除电网电流谐波的重要设备,它在电力系统中起着至关重要的作用。
在现代电力系统中,电流谐波是由非线性负载引起的,如电子设备、整流器和变频器等,这些负载会产生非正弦波形的电流,从而导致电网中电流谐波含量的增加。
电流谐波会给电网带来一系列问题,如变压器过热、线路损耗增加、设备功耗增加等,严重影响电网的稳定运行。
移相变压器的工作原理如下:当非正弦波形的电流通过移相变压器时,首先经过带有相位偏移的相移网络,该网络会对不同频率的谐波进行处理,使得谐波电流的相位与原谐波电压相位相同,形成谐波平衡电流。
这样一来,在电网中的电流谐波就会被消除掉,实现电网电流的谐波补偿,从而提高了电网的电能质量和稳定性。
变压器出厂试验
变压器出厂试验分为三大部分
1) 例行试验,2) 型式试验,3) 特殊试验
例行试验
每一台变压器均承受的试验
1)电压比测量及电压矢量关系校定
2)绕组电阻测量
3)绝缘电阻,吸收比及极化指数介质损耗功率因数测量
4)空载电流及空载损耗测量
5)短路阻抗及负载损耗测量
6)绝缘例行试验
7)有载分接开关试验
8)变压器油试验
型式试验
除出厂试验之外,为验证变压器是否与规定的技术条件符合所进行的具有代表性的试验。
(如果一台变压器的额定及结构与该厂的其他变压器完全一致,则认为可以代表它们。
定期的型式试验最少每5年进行一次)
1)温升试验
2)绝缘型式试验
特殊试验
除出厂试验和型式试验之外,经制造厂与使用部门商定的试验,它使用于一台或几台特定合同上的变压器。
1)绝缘特殊试验
2)绕组对地和绕组间电容的测量
3)暂态电压传输特性测定
4)三相变压器零序阻抗测量
5)短路承受能力试验
6)声级测定
7)空载电流谐波的测量
8)风扇和油泵电机所吸收功率的测量
9)长时间空载试验
10)油流静电测量
11)转动油泵时局部放电测量
国家电网公司要求新增项目:
1)低电压空载试验(380V电压下的空载电流和空载损耗测量)
2)低电压下的短路阻抗测量
3)绕组变形测量(频率响应法)
4)1.1倍额定电流发热试验。
变压器励磁涌流负序二次谐波特征及机理_焦在滨
( ) 7
: / / h t t www. a e s i n f o . c o m1 - p p 4 7
( ) 2 0 1 5, 3 9 1 1
· 学术研究 ·
[ 2 0] 幺值 ) 取值 , B 相和 C 相 初 始 剩 磁 为 A 相 初 始 剩 磁的一半 , 方向与 A 相相反 , 以 0. 磁通饱 1 为 间 隔; 和 点 K2 从1. 以 0. 计算 RA 1 到1. 3 取值 , 1 为间隔 , 的值 , 并将结果以 三 维 的 形 式 表 示 , 由 于 篇 幅 有 限, 本文仅列出 K2 =1. 如 图 3 所 示, 1 时 的 计 算 结 果, 其他计算结果见附录 C 图 C 1 和图 C 2。
1 4 6
焦在滨 , 等 变压器励磁涌流负序二次谐波特征及机理
图 1 变压器空载合闸电路模型 F i . 1 E n e r i z i n c i r c u i t m o d e l o f n o l o a d t r a n s f o r m e r - g g g
1 励磁涌流中二次谐波的解析分析
1. 1 二次谐波的解析表达式 变压器空载合闸电路模型如图 1 所示 , 其 中 R1 和 R2 为变压器一次和二次侧电阻 , L 1 和L 2 为一次 [ 1 5] 和二次侧漏感 , 为变压器励磁电感 。 L μ
;修回日期 : 。 收稿日期 : 2 0 1 4 0 7 2 8 2 0 1 4 1 1 1 7 - - - - ) 。 国家自然科学基金资助项目 ( 5 1 3 7 7 1 2 9
1 7] , 据傅里叶级数计算公式 [ 对三相 电 流 进 行 傅 里 叶
级数分解可得励磁涌流中的二次谐波电流的解析表 ) 达式如式 ( 所示 , 公式推导及参数计算见附录 B。 6 ( i i n 2 t + γ ω 烄 2 A= 槡 1s A) β ( 烅 i i n 2 t + γ ω 2 B= 槡 2s B) β
三相变压器
EYB
EZC
ECA EXA
EYBEAB
XYZ CX
(2)按A-Z、B-X、C-Y逆序联结
ECA A EAB B EBC C
EZC
EBC
BZ
AZ
EXA EYB
EZC
X YZ
EZC
EXA EAB
EYB
CY
BX
Ul U Il 3I
Ul U Il 3I
3)星形、三角形联结的表示方法:
星形联接:高压绕组用符号Y表示,低压绕组用符号y表示,如果把中线引 出来则分别用YN或yn表示; 三角形联接:高压绕组用符号D表示,低压绕组用符号d表示。
(d)Y,d11
ABC
A
(e)Y,d5
XY Z abc
x yz
ABC
o
C
B
ay
b z cx
A
A
a
b
o
C
c
B
AXY Z abc Nhomakorabeao
C
B
cx
b z
ya
c
bo
C
a
B
x yz
Y,d(D,y)联结方式,可得到1、3、5、7、9、11六种奇数联结组。
根据电动势位形图作出三相绕组的联结: 例1:试画出Y,d3的绕组联结图
r1
jx1
r2
jx2
IA0
Ia0
U
0 A
E
0 A
Z
0 m
U
0 a
等效电路中的原、副绕组的漏阻抗与正序漏阻完全相同,但零序激磁阻抗
却可能与正序的不同,用
Z
0 m
表示。
(1)磁路系统对零序激磁阻抗的影响:
