变压器的空载运行

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,变压器的空载运行,变压器的空载运行,原边加额定电压，副边开路、负载电流为零时的运行情况，称为变压器的,空载运行,。,一、电磁关系分析,m,e,1,e,2,e,1,1,u,1,u,2,i,0,i,2,=0,变压器空载运行,正方向规定,（1）原边绕组内电流的正方向与电源电压正方向一致；,（2）按右手螺旋关系，正方向的电流产生正方向的磁通；,（3）感应电势正方向与产生该电动势的磁通方向之间符合右手螺旋关系，故感应电势与电流正方向一致。,副边：,（1）副边绕组感应电势正方向与,产生该电动势的磁通正方向之间符合右手螺旋关系；,（2）副边绕组电流正方向与副边绕组电动势正方向一致；,（3）副边绕组端电压的正方向与电流正方向一致。,二、电压平衡方程式,正方向规定如前，注意：,（1）,正方向规定可以任意,（2）,通常原边按电动机惯例对待，副边按发电机惯例,（3）,习惯上，端电压,U,表示电压降，电势,E,表示电压升,1、电压平衡方程式,副绕组：空载时，,I,2,=0,原绕组：,空载电流作用和性质,一方面：用来励磁，,建立磁场,-无功分量,另方面：供变压器,空载损耗,-有功分量,性质：主要是感性无功性质-也称励磁电流；,大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关。,二、空载电流和空载损耗,1.作用与组成,（一）空载电流,空载电流,i,0,包含两个分量：,2、性质和大小,性质,：,由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电流主要是感性无功性质也称,励磁电流,。,另一个是铁损耗分量,i,Fe,称为铁耗电流，主要作用是供铁损耗（磁滞损耗和涡流损耗），超前于主磁通90度。,一个是励磁分量(,无功分量),i,，称为磁化电流，作用是建立磁场，与主磁通同相；,大小,：,与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关，用空载电流百分数I,0,%来表示,：,与两个分量的相量关系：,I,0,=,I,+,I,FE,通常,I,FE,10%,I,0,，故,I,0,I,3、空载电流波形,由于磁路饱和，空载电流与由它产生的主磁通,呈,非线性关系。,因此，,当主磁通按正弦规律变化时，,空载电流呈尖顶波形。,实际空载电流为非正弦波，但为了分析、计算和测量的方便，在相量图和计算式中常用正弦的电流代替实际的空载电流。,（二）空载损耗,空载损耗约占额定容量的0.2%,1%，而且随变压器容量的增大而下降。,为减少空载损耗，改进设计结构的方向是采用优质铁磁材料：优质硅钢片、激光化硅钢片或应用非晶态合金。,变压器空载运行时，一次绕组从电源中吸取了少量的电功率,P,0,，主要用来补偿铁心中的铁耗,以及少量的绕组铜耗，可认为,P,0,P,Fe,。,一、空载运行时的物理情况,变压器的,空载运行,是指变压器一次绕组接在额定电压的交流电源上，而二次绕组开路时的工作情况。,u,1,i,0,主磁通,当变压器的一次绕组加上交流电压,u,1,时，一次绕组内便有一个交变电流,i,0,（即空载电流）流过,并建立交变磁场。,N,1,N,2,1,漏磁通,根据电磁感应原理，分别在一、二次绕组产生电动势,e,1,、e,1,和,e,2,。,e,1,e,1,e,2,u,02,i,2,=0,u,02,主、漏磁通的区别,(1)性质上,0,与,I,0,成非线性关系，,1,与,I,0,成线性关系；,(2)数量上,0,占99%以上，,1,仅占1%以下；,(3)作用上,0,起传递能量的作用，,1,起漏抗压降作用。,根据基尔霍夫电压定律，按上图所示电压、电流和电动势的正方向，可写出一、二次绕组的电动势方程式为：,u,1,=,i,0,R,1,-,e,1,-,e,1,u,02,=,e,2,在一般变压器中，电阻压降,i,0,R,1,很小，仅占一次绕组电压的0.1%以下，故可近似认为,u,1,e,1,。,设,则,有效值,同理，,e,2,=2,fN,2,m,sin,(,t,-90)=,E,2m,sin（,t,-90）,有效值,E,2,=,4.44,fN,2,m,相量表达式,因此，可得出：,E,1,/E,2,=,N,1,/N,2,U,1,/U,2,=,k,定义,式中,k,为变压器的电压比，即变比。,根据主电动势,e,1,的分析方法，同样有,漏电动势也可以用,漏抗压降,来表示，即,由于漏磁通主要经过非铁磁路径,磁路不饱和,故磁阻很大且为常数,所以漏电抗 很小且为常数,它不随电源电压负载情况而变.,K1变压器为降压变压器；K,磁滞、涡流效应,建立空载磁通,忽略漏阻抗压降后有效值,：,故：,可知：影响主磁通大小的因素是电源电压、电源频率和一次侧线圈的匝数，与铁芯的材质和几何尺寸无关。,电势方程：,空载运行小结,（1）感应电动势,E,的,大小与电源频率,f,、绕组匝数,N,及铁心中主磁通的最大值,m,成正比，,在相位上滞后产生它的主磁通90度。而,主磁通的大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定，与磁路所用材料的性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。,铁心的饱和程度越高，则磁导率越低，励磁电抗越小，空载电流越大。因此要合理选择铁心截面，使磁通密度B,m,为最大。,（4）铁心所用材料的导磁性能越好，则,励磁电抗越大，,空载电流越小。,因此变压器的铁心均用高导磁的材料硅钢片叠成。,（2）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。,（5）,气隙对空载电流影响很大，气隙越大，空载电流越大。因此要严格控制铁心叠片接缝之间的气隙。,小结,（1）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。,（2）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。,（3）电抗是联系,电气量（电动势),与,磁场量（磁通）,的桥梁。感应电动势可用电抗压降的形式表示。,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。,