变压器的运行原理PPT课件.ppt

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1、Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 第 一 篇第二章第二章 变压器的运行原理变压器的运行原理Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 第二章第二章 变压器的运行原理变压器的运行原理本章节基本要求：本章节基本要求：本章节基本要求：本章节基本要求：(1)(1)掌握变压器的电动势和磁动势平衡及一、二次侧各电磁量之间掌握变压器的电动势和磁动势平衡及一、二次侧各电磁量之间的关系；的关系；(2)(2)能应用基本方程、等值电路及相量图来分析变压器的各种运能应用基本方程

2、等值电路及相量图来分析变压器的各种运行状况；行状况；(3)(3)理解折算原则，掌握折算的方法；理解折算原则，掌握折算的方法；(4)(4)能够用标幺值进行电路的计算；能够用标幺值进行电路的计算；(5)(5)掌握变压器各参数的物理意义及测试方法；掌握变压器各参数的物理意义及测试方法；(6)(6)掌握变压器的运行特性、掌握变压器的运行特性、u u及及的意义及计算。的意义及计算。本章主要讲述单相两绕组变压器空载、负载运行时的物理情本章主要讲述单相两绕组变压器空载、负载运行时的物理情况，分析各物理量和它们之间的关系，从而建立变压器的基本方况，分析各物理量和它们之间的关系，从而建立变压器的基本方程式、等

3、值电路和相量图，继而讲述变压器的空载、短路试验，程式、等值电路和相量图，继而讲述变压器的空载、短路试验，最后讨论变压器的运行特性，即电压变化率和效率。最后讨论变压器的运行特性，即电压变化率和效率。Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 本章节重点和难点：本章节重点和难点：本章节重点和难点：本章节重点和难点：重点重点重点重点:(1)(1)变压器空载运行时磁动势、电动势平衡关系，等值电路和相变压器空载运行时磁动势、电动势平衡关系，等值电路和相量图；量图；(2)(2)变压器负载运行时磁动势、电动势平衡关系，等值电路和相变压器负载运

4、行时磁动势、电动势平衡关系，等值电路和相量图；量图；(3)(3)绕组折算前后的电磁关系；绕组折算前后的电磁关系；(4)(4)变压器空载实验和短路实验，变压器各参数的物理意义变压器空载实验和短路实验，变压器各参数的物理意义；(5)(5)变压器的运行特性。变压器的运行特性。难点难点:(1)(1)变压器绕组折算的概念和方法变压器绕组折算的概念和方法;(2)(2)变压器的等值电路和相量图变压器的等值电路和相量图；(3)(3)励磁阻抗励磁阻抗Z Zm m与漏阻抗与漏阻抗Z Z1 1的区别；的区别；(4)(4)励磁电流与铁芯饱和程度的关系励磁电流与铁芯饱和程度的关系；(5)(5)参数测定、标么值。参数测定

5、标么值。Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 在变压器运行分析中，以一次侧电压保持不变为前提，即认在变压器运行分析中，以一次侧电压保持不变为前提，即认为一次侧绕组所接电压，具有额定频率、额定数值和正弦波形。为一次侧绕组所接电压，具有额定频率、额定数值和正弦波形。第一节第一节第一节第一节 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行 空载运行状态空载运行状态:是变压器一次侧绕组接是变压器一次侧绕组接额定电压额定电压、额定频率额定频率的交流电源，二次侧绕组的交流电源，二次侧绕组开路开路时的

6、运行状态。时的运行状态。空载运行空载运行空载运行空载运行一、变压器空载运行时的电磁物理现象一、变压器空载运行时的电磁物理现象一、变压器空载运行时的电磁物理现象一、变压器空载运行时的电磁物理现象 空载运行时，空载运行时，空空载电流载电流I I0 0建立了建立了空载空载磁动势磁动势F F0 0=I=I0 0N N1 1，由该，由该磁动势产生的磁动势产生的空载磁空载磁通通可分为两部分，如可分为两部分，如图所示。图所示。主磁通主磁通主磁通主磁通漏磁通漏磁通漏磁通漏磁通Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 主磁通与漏磁通的区别主磁通

7、与漏磁通的区别(1)(1)在性质上在性质上-磁路不同，因而磁阻不同磁路不同，因而磁阻不同。m m-同时交链一、二次绕组，路径为沿铁芯而闭合的磁同时交链一、二次绕组，路径为沿铁芯而闭合的磁路，磁阻较小，具有饱和特性，路，磁阻较小，具有饱和特性，m m与与I I0 0呈非线性关系呈非线性关系。11-只交链一次绕组，它所经的路径大部分为非磁性物只交链一次绕组，它所经的路径大部分为非磁性物质，磁阻较大，质，磁阻较大，不具饱和特性，不具饱和特性，11与与I I0 0呈线性关系呈线性关系。(2)(2)在作用上在作用上-功能不同功能不同。主磁通通过互感作用传递功率主磁通通过互感作用传递功率，漏磁，漏磁通不传

8、递功率，仅起漏抗压降的作用。通不传递功率，仅起漏抗压降的作用。(3)(3)在数量上在数量上-m m99%99%总磁通，总磁通，111%1%总磁通。总磁通。变压器空载时各物理量的电磁关系可表示如下变压器空载时各物理量的电磁关系可表示如下:Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 二、变压器各电磁量参考方向的规定二、变压器各电磁量参考方向的规定二、变压器各电磁量参考方向的规定二、变压器各电磁量参考方向的规定(1)(1)在电源支路，电流的正方向与电动势的正方向一致在电源支路，电流的正方向与电动势的正方向一致(负载惯例负载惯例)；而在

9、负载支路，电流的正方向与电压降的正方向一致；而在负载支路，电流的正方向与电压降的正方向一致(电源惯例电源惯例)。(2)(2)磁通的正方向与产生它的电流的正方向符合磁通的正方向与产生它的电流的正方向符合右手螺旋右手螺旋定则。定则。(3)(3)感应电动势的正方向与产生它的磁通的正方向符合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右手螺旋定定则。则。强调强调：磁通与产生它的电流之间符合右手螺旋定则；电动势磁通与产生它的电流之间符合右手螺旋定则；电动势与感应产生它的磁通之间符合右手螺旋定则。与感应产生它的磁通之间符合右手螺旋定则。Electric MachineryElectric Mach

10、ineryElectric Machinery 三、变压器空载时各物理量三、变压器空载时各物理量三、变压器空载时各物理量三、变压器空载时各物理量1.1.一次侧电压一次侧电压 即外加电源电压，应为正弦交流额定电压，可参见变压器铭即外加电源电压，应为正弦交流额定电压，可参见变压器铭牌上的额定值。牌上的额定值。2.2.空载电流空载电流(1)(1)作用和组成作用和组成一方面：一方面：用来励磁，建立磁场用来励磁，建立磁场-无功分量无功分量I I二方面：二方面：供变压器空载损耗供变压器空载损耗-有功分量有功分量I IFeFe磁化电流磁化电流铁损电铁损电流流 在电力变压器中，空载电流的无功分量远大于有功分量

11、在电力变压器中，空载电流的无功分量远大于有功分量,空载空载电流基本上属于电流基本上属于感性无功感性无功性质性质的电流，通常称为的电流，通常称为励磁电流励磁电流。Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery (2)(2)性质和大小性质和大小性质：性质：主要是感性无功性质主要是感性无功性质-也称励磁电流；也称励磁电流；大小：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，与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关，用空载电流百分数用空载电流百分数I I0 0%来表示。来表示。空载电流的大小是空载电流的大小是变压器的性

12、能变压器的性能重要指标之一。百分值表示重要指标之一。百分值表示如下如下:由于变压器的由于变压器的铁芯磁阻铁芯磁阻很小，建立磁通所需的很小，建立磁通所需的空载电流也很空载电流也很小小，一般变压器约为，一般变压器约为(2-10(2-10）%，变压器的，变压器的容量越大容量越大，空载电流的，空载电流的百分数越小百分数越小，大型变压器的空载电流还不到额定电压的，大型变压器的空载电流还不到额定电压的1%1%。Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 问题问题1 1：一台结构已定的变压器当外施电压已知，需要电源提一台结构已定的变压器当外施

13、电压已知，需要电源提供多大的励磁电流呢供多大的励磁电流呢?励磁电流包括哪些成分呢励磁电流包括哪些成分呢?答：答：决定于变压器的铁芯材料及铁芯几何尺寸。因为铁芯材料是磁性物质，决定于变压器的铁芯材料及铁芯几何尺寸。因为铁芯材料是磁性物质，励磁电流的大小和波形将受磁路饱和、磁滞及涡流的影响。励磁电流的大小和波形将受磁路饱和、磁滞及涡流的影响。励磁电流励磁电流包括：包括：有有功分量功分量(供铁损供铁损)和和无功分量无功分量(产生产生mm)。思考题思考题 问题问题2:2:变压器空载运行时，是否从电网吸收电功率变压器空载运行时，是否从电网吸收电功率?此功属于什此功属于什么性质么性质?起什么作用起什么作用

14、为什么小负荷用户使用大容量变压器对电网和为什么小负荷用户使用大容量变压器对电网和用户均不利用户均不利?答：答：变压器空载运行时也需要从电网吸收电功率，以供给变压器本身功率变压器空载运行时也需要从电网吸收电功率，以供给变压器本身功率损耗，它转化成热能消耗在周围介质中。小负荷用户使用大容量变压器时，在损耗，它转化成热能消耗在周围介质中。小负荷用户使用大容量变压器时，在经济、技术两方面都不合理。对电网来说，由于变压器容量大，励磁电流较大，经济、技术两方面都不合理。对电网来说，由于变压器容量大，励磁电流较大，而负荷小，电流负载分量小，即有功分量小，使电网功率因数降低，输送有功而负荷小，电流负载分量小

15、即有功分量小，使电网功率因数降低，输送有功功率能力下降；对用户来说投资增大，空载损耗也较大，变压器效率低。功率能力下降；对用户来说投资增大，空载损耗也较大，变压器效率低。Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery (3)(3)空载电流波形空载电流波形(1)(1)空载时的变压器实际上就是一个非线性电感器，空载时的变压器实际上就是一个非线性电感器，其磁通量与电流的关系，服从与铁磁材料的磁化曲线其磁通量与电流的关系，服从与铁磁材料的磁化曲线=f(if(i)，如图所示，如图所示:由图可知，当由图可知，当磁路饱和磁路饱和时，空载电流时，

16、空载电流I I0 0与由它产生的主磁通与由它产生的主磁通m m 呈非线性关系。呈非线性关系。？(2)(2)当当磁通磁通按按正弦正弦规律变化规律变化时，空载电流时，空载电流呈什么呈什么波形波形?即即(3)(3)空载电流的波形，如图所示空载电流的波形，如图所示:Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 结论结论:当当磁通磁通按按正弦正弦规律变化规律变化时，空载电流时，空载电流呈尖顶呈尖顶波形。波形。在工程上，通常为了分析、计在工程上，通常为了分析、计算和测量的方便，在相量图和计算算和测量的方便，在相量图和计算式中常用等效的正弦电流

17、代替实际式中常用等效的正弦电流代替实际的尖顶波空载电流，如图所示。的尖顶波空载电流，如图所示。问题问题1:1:当空载电流按正弦规律变化时，主磁通呈什么波形当空载电流按正弦规律变化时，主磁通呈什么波形?答答:当当空载电流空载电流按按正弦正弦规律变化时，主磁通呈规律变化时，主磁通呈平顶平顶波形。波形。问题问题2:2:励磁电流的波形与铁芯饱和程度的关系励磁电流的波形与铁芯饱和程度的关系?答答:由于磁路材料的磁化曲线为非线性，产生所需的主磁通的励由于磁路材料的磁化曲线为非线性，产生所需的主磁通的励磁电流大小及波形将受铁芯饱和程度的影响。磁电流大小及波形将受铁芯饱和程度的影响。当磁路未饱和时，当磁路未饱

18、和时，产生正弦波磁通所需的励磁电流波形也为正弦波产生正弦波磁通所需的励磁电流波形也为正弦波；一旦磁路饱一旦磁路饱和，产生正弦波磁通则励磁电流波形必须是尖顶波和，产生正弦波磁通则励磁电流波形必须是尖顶波。Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 3.3.空载磁动势空载磁动势 空载磁动势是指一次侧空载电流空载磁动势是指一次侧空载电流I I0 0建立的磁动势，建立的磁动势，F F0 0=I=I0 0N N1 1，它产生主磁通和只与一次侧绕组自身交链的漏磁通。变压器空载它产生主磁通和只与一次侧绕组自身交链的漏磁通。变压器空载运行时，仅

19、有这一空载磁动势产生磁场。而空载磁场实际分布情运行时，仅有这一空载磁动势产生磁场。而空载磁场实际分布情况是很复杂的，为了便于分析，才根据磁通所经磁路的不同，等况是很复杂的，为了便于分析，才根据磁通所经磁路的不同，等效地分成主磁通和漏磁通两部分，以便把非线性问题和线性问题效地分成主磁通和漏磁通两部分，以便把非线性问题和线性问题分别处理。分别处理。问题问题3:3:为了能在变压器二次侧得到正弦波形的感应电动势，当为了能在变压器二次侧得到正弦波形的感应电动势，当铁芯饱和与不饱和时，各需要在一次侧加什么波形的空载电流铁芯饱和与不饱和时，各需要在一次侧加什么波形的空载电流?为为什么什么?答：答：当铁芯不饱

20、和时，空载电流、感应电动势和主磁通均成当铁芯不饱和时，空载电流、感应电动势和主磁通均成正比，为线性关系，若想得到正弦波电动势，空载电流应为正弦正比，为线性关系，若想得到正弦波电动势，空载电流应为正弦波；当铁芯饱和时，空载电流与主磁通成非线性关系，而感应电波；当铁芯饱和时，空载电流与主磁通成非线性关系，而感应电动势和主磁通成正比关系，若想得到正弦波形的感应电动势，空动势和主磁通成正比关系，若想得到正弦波形的感应电动势，空载电流必须是尖顶波。载电流必须是尖顶波。Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 4.4.一、二次侧绕组感应电

21、动势一、二次侧绕组感应电动势 、若若u u1 1随时间按正弦规律变化，则随时间按正弦规律变化，则m m也按正弦规律变化，设：也按正弦规律变化，设：在所规定正方向的前提下，感应电动势的瞬时值为在所规定正方向的前提下，感应电动势的瞬时值为:感应电动势的有效值为感应电动势的有效值为:Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 由以上分析可知，感应电动势有效值的大小，分别与主由以上分析可知，感应电动势有效值的大小，分别与主磁通的频率、绕组匝数及主磁通最大值成正比；电动势磁通的频率、绕组匝数及主磁通最大值成正比；电动势的频率与主磁通频率相

22、同；电动势相位滞后主磁通的频率与主磁通频率相同；电动势相位滞后主磁通90900 0。Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery （a)a)波形图波形图（b)b)向量图向量图磁通与电动势之间的关系图形磁通与电动势之间的关系图形结论：结论：(1)(1)mm为正弦波时，为正弦波时，e e也为正弦波也为正弦波(2)(2)e e滞后滞后mm 相位相位90900 0主磁通与感应主磁通与感应电动势的关系电动势的关系Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 5.5.一次侧绕组漏

23、磁感应电动势一次侧绕组漏磁感应电动势 由于空载电流由于空载电流I I0 0流过一次侧绕组，产生磁动势流过一次侧绕组，产生磁动势F F0 0，除了产生主磁通除了产生主磁通还产生漏磁通还产生漏磁通1 1，漏磁通在一次侧，漏磁通在一次侧绕组中感应出漏电动势绕组中感应出漏电动势E E1 1。考虑到漏磁场是通过非铁。考虑到漏磁场是通过非铁磁性材料闭合的，磁路不存在磁饱和性质，是线性磁路，磁性材料闭合的，磁路不存在磁饱和性质，是线性磁路，也就是说，在空载电流也就是说，在空载电流I I0 0与一次侧漏电动势与一次侧漏电动势E E1 1之间存之间存在着线性关系。在着线性关系。推导方法同上：推导方法同上：Ele

24、ctric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 上式中的比例系数上式中的比例系数X X1 1反映了一次侧漏磁场的存在和反映了一次侧漏磁场的存在和该漏磁场对一次侧电路的影响，称之为一次侧漏电抗。该漏磁场对一次侧电路的影响，称之为一次侧漏电抗。为为一次侧漏抗，反映漏磁通的作用一次侧漏抗，反映漏磁通的作用。对对一切电抗一切电抗 结论结论：磁路不饱和，磁阻很大，且为常数，因此：磁路不饱和，磁阻很大，且为常数，因此X X1 1很小，且为常数，很小，且为常数，X X1 1不随电源电压不随电源电压U U1 1和负载变化和负载变化Electric Mac

25、hineryElectric MachineryElectric Machinery 6.6.空载损耗空载损耗P P0 0 变压器空载时，输出功率为零，但要从电源变压器空载时，输出功率为零，但要从电源中吸取一小部分有功功率，用来补偿变压器内部中吸取一小部分有功功率，用来补偿变压器内部的功率损耗，这部分功率变为热能散发出去，称的功率损耗，这部分功率变为热能散发出去，称为为空载损耗空载损耗，用，用p p0 0表示。表示。包括：包括：铜损耗铜损耗 铁损耗铁损耗 空载损耗空载损耗包括两部分，一部分是空载电流在一包括两部分，一部分是空载电流在一次侧绕组上引起的空载铜损耗次侧绕组上引起的空载铜损耗 ；另一

26、部分；另一部分是铁损耗是铁损耗 ，是交变磁通在铁芯中引起的磁滞，是交变磁通在铁芯中引起的磁滞损耗和涡流损耗。即损耗和涡流损耗。即:Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 经验公式经验公式：空载损耗约占额定容量的空载损耗约占额定容量的（0.20.2 1 1）%，随随容量的增大而减小。这一数值并不大，但因为容量的增大而减小。这一数值并不大，但因为电力变压器在电力系统中用量很大，且常年接电力变压器在电力系统中用量很大，且常年接在电网上，因而减少空载损耗具有重要的经济在电网上，因而减少空载损耗具有重要的经济意义。工程上为减少空载损耗

27、改进设计结构意义。工程上为减少空载损耗，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。光化硅钢片或应用非晶态合金。包括：铜损耗包括：铜损耗 铁损耗铁损耗。Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 四四.空载运行时的基本方程式空载运行时的基本方程式（1 1）一次侧电动势平衡方程）一次侧电动势平衡方程把把 的作用看作的作用看作 在在 上的阻抗压降，即有上的阻抗压降，即有:Electric MachineryElectric MachineryElectri

28、c Machinery （2 2）二次侧电动势平衡方程）二次侧电动势平衡方程忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有忽略很小的漏阻抗压降，并写成有效值形式，有则则可见，影响可见，影响主磁通主磁通 大小的因素有大小的因素有电源电压电源电压 、电源频电源频率率 和和一次侧线圈匝数一次侧线圈匝数 。与铁芯的材质和几何尺寸无。与铁芯的材质和几何尺寸无关。关。（3 3）主磁通与电源电压的关系）主磁通与电源电压的关系Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery （4 4）变比）变比定义定义：变比为一、二次线圈主电势之比。：变比为一、二次线圈

29、主电势之比。或略去或略去电阻压降电阻压降和和漏磁电势漏磁电势，有，有:对三相变压器，变比指一、二次侧对三相变压器，变比指一、二次侧相相电势之比电势之比Y，D接线接线D，Y接线接线Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 归纳上述分析，得出变压器空载运行时的基本方程式为归纳上述分析，得出变压器空载运行时的基本方程式为此外，还有两个重要表达式为此外，还有两个重要表达式为Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 五五.空载时的等值电路空载时的等值电路令：令：其中其中

30、励磁阻励磁阻抗抗 -励磁电阻，对应铁损耗的等效电阻。励磁电阻，对应铁损耗的等效电阻。它并非是实质电阻、是为计算铁损耗引它并非是实质电阻、是为计算铁损耗引进的模拟电阻。进的模拟电阻。-励磁电抗，对应主磁通的电抗。励磁电抗，对应主磁通的电抗。一次侧的电势方程为一次侧的电势方程为：等值电路等值电路将运行中的变压器的将运行中的变压器的电电和和磁磁之间的相互关之间的相互关系用一个模拟电路的型式来等效。系用一个模拟电路的型式来等效。Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 等值电路如下所示等值电路如下所示 由于主磁通路径铁由于主磁通路

31、径铁心为非线性磁路，故心为非线性磁路，故励磁阻抗、励磁电阻励磁阻抗、励磁电阻和励电抗均不为常数，和励电抗均不为常数，大小随磁路的饱和而大小随磁路的饱和而减小。减小。由于铁芯磁路由于铁芯磁路具有饱和特性，参数具有饱和特性，参数ZmZm随外施电压增加而随外施电压增加而减小减小。但变压器正常。但变压器正常运行时，外施电压等运行时，外施电压等于或近似等于额定电于或近似等于额定电压，且变动范围不大压，且变动范围不大,可把可把ZmZm看成常数。看成常数。变压器空载等值电路由两个阻变压器空载等值电路由两个阻抗串联而成的，一个为一次侧抗串联而成的，一个为一次侧漏阻抗，另一个为励磁阻抗。漏阻抗，另一个为励磁阻抗

32、Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 由于由于 ，所以有时忽略漏阻抗，空载等，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只是一个效电路只是一个 元件的电路。在元件的电路。在 一定的情况下，一定的情况下，大小取决于大小取决于 的大小。从运行角度讲，希望的大小。从运行角度讲，希望 越小越好，越小越好，所以变压器常采用高导磁材料，增大所以变压器常采用高导磁材料，增大 ，减小，减小 ，从而，从而提高变压器的提高变压器的运行效率运行效率和和功率因数功率因数。由于空载运行时由于空载运行时铁损耗铁损耗 远大于远大于铜损耗铜损耗 ，所以，所以 远

33、大于远大于 ；由于；由于主磁通主磁通 远大于一次侧绕组远大于一次侧绕组漏磁通漏磁通 ，所以，所以 远大于远大于 。故在近似分析中可忽略。故在近似分析中可忽略 和和 。变压器采用高导磁材料，增大励磁阻抗变压器采用高导磁材料，增大励磁阻抗ZmZm（XmXm)，降低空载励磁电流，降低空载励磁电流I I0 0，提高运行，提高运行效率和功率因数。效率和功率因数。Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 六六.空载时的相量图空载时的相量图根据前面所学空载时的根据前面所学空载时的基本方程式基本方程式，可作出变压器空载时的相量图：可作出变压器

34、空载时的相量图：（1 1）以）以 为参考相量为参考相量（4 4）（2 2）与与 同相，同相，超前超前 （3 3）滞后滞后（5 5）和和 之间的之间的相位角相位角 ，为，为变压器空载的变压器空载的功率因数角功率因数角。图。图中可见中可见 ，即空载时，即空载时功功率因数率因数 很低。很低。Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 单相变压器的空载运行单相变压器的空载运行小结小结:（1 1）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平）一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡衡,若忽略漏阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电若忽略漏

35、阻抗压降，则一次主电势的大小由外施电压决定压决定.（2 2）主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝）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数决定，与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。（3 3）空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻）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。有关，铁心所用材料的导磁性能越好，空载电流越小。（4 4）电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的）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，非线性电路电流的比值，线性磁路中，电抗为常数

36、非线性电路中，电抗的大小随磁路的饱和而减小。中，电抗的大小随磁路的饱和而减小。Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 思考题思考题 问题问题:某单相变压器额定电压为某单相变压器额定电压为380380伏伏/220/220伏伏,额定频率为额定频率为50HZ50HZ。如误将低压边接到。如误将低压边接到380380伏电源，变压器将会发伏电源，变压器将会发生一些什么异常现象？生一些什么异常现象？答案：答案：由于由于 U20U204.44fN24.44fN2m mU20U20由由220220伏变到伏变到380380伏，伏，增加了增加了

37、 倍，则主磁通倍，则主磁通mm也增也增 加了加了 倍，倍，磁路饱和程度增加，因而励磁电流磁路饱和程度增加，因而励磁电流I0I0大大增大大增 加，加，有可能烧毁线圈有可能烧毁线圈。Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 思思 考考 题题1.1.试比较变压器主磁通和漏磁通的性质、大小和作用。试比较变压器主磁通和漏磁通的性质、大小和作用。2.2.简述变压器空载电流的性质和作用，其大小与哪些因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，（数有关，一般情况下，（%）值的范围是多少？）值的范围是多少？3.3.变压器

38、的漏抗对应于什么磁通，当电源电压减少一半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？时，它如何变化？4.4.变压器励磁电抗大好，还是小好，为什么？当电源电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？压减少一半时，它如何变化？5.5.写出变压器空载时的电动势平衡方程式，并画出等值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。电路和向量图。6.6.变压器空载运行时，是否要从电网中取得功率，起什变压器空载运行时，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

39、还是对用户都不利？对电网还是对用户都不利？Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 第二节第二节 单相变压器的负载运行单相变压器的负载运行负载运行负载运行是变压器一次侧绕组接额定频率、额定电压的交流是变压器一次侧绕组接额定频率、额定电压的交流电源，二次侧绕组接上负载，二次侧有电流流过时的运行状态。电源，二次侧绕组接上负载，二次侧有电流流过时的运行状态。一、变压器负载运行时的物理状况一、变压器负载运行时的物理状况 N1N2AXax12Electric MachineryElectric MachineryElectric Mac

40、hinery 变压器空载运行时，变压器空载运行时，铁芯中的主磁通由空，铁芯中的主磁通由空载电流流过一次侧绕组形成的磁动势载电流流过一次侧绕组形成的磁动势 所建立，所建立，根据磁路欧姆定律根据磁路欧姆定律 ，空载时的磁动势平衡式，空载时的磁动势平衡式为为 。二次侧绕组接负载，二次侧流过电流二次侧绕组接负载，二次侧流过电流 ，建立二次，建立二次侧磁动势侧磁动势 ，这个磁动势也作用在铁芯的主磁路，这个磁动势也作用在铁芯的主磁路上，根据楞次定律，上，根据楞次定律，对主磁场有对主磁场有去磁去磁作用，企图改变主作用，企图改变主磁通磁通 。由于外施电源电压。由于外施电源电压 不变，主磁通不变，主磁通 近似保

41、持近似保持不变，因而当二次侧磁动势不变，因而当二次侧磁动势 出现时，一次侧电流必须出现时，一次侧电流必须由由 变为变为 ，一次侧磁动势即从，一次侧磁动势即从 变为变为 ，其中，其中所增加的那部分磁动势，用来平衡二次侧的作用，以维所增加的那部分磁动势，用来平衡二次侧的作用，以维持主磁通不变，此时变压器处于负载运行时新的电磁平持主磁通不变，此时变压器处于负载运行时新的电磁平衡状态。衡状态。Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 变压器负载运行时，变压器负载运行时，和和 除了共同建立铁芯中的主除了共同建立铁芯中的主磁通磁通 以外，

42、还分别产生交链各自绕组的漏磁通以外，还分别产生交链各自绕组的漏磁通 和和 。并分别在一二侧绕组感应出漏电动势。并分别在一二侧绕组感应出漏电动势 和和 。同样。同样可以用漏电抗压降的形式来表示，一次侧绕组电动势可以用漏电抗压降的形式来表示，一次侧绕组电动势 ，二次侧绕组漏磁电动势，二次侧绕组漏磁电动势 ，其中其中 称为二次称为二次侧绕组漏电抗，对应于漏磁通侧绕组漏电抗，对应于漏磁通 ，反映漏磁通反映漏磁通 的的作用，也是常数。此外，一、二次侧绕组电流作用，也是常数。此外，一、二次侧绕组电流 、还还分别产生电阻压降分别产生电阻压降 和和 。Electric MachineryElectric Ma

43、chineryElectric Machinery 变压器负载运行时变压器负载运行时各物理量各物理量间的电磁关系间的电磁关系I1F 2=I2N2F 1=I1N1F 0=I0N1I2mE1E21E1I1r12E2I2r2Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 二、负载运行时磁动势平衡方程式二、负载运行时磁动势平衡方程式或用用电流形式表示电流形式表示 磁动势平衡方程表示一、二侧电路的相互影响关系，磁动势平衡方程表示一、二侧电路的相互影响关系，说明了说明了能量能量的传递关系。的传递关系。空载时空载时,由一次由一次磁动势磁动势 产生

44、产生主磁通主磁通 ,负载时负载时,产生产生 的磁的磁动势为一、二次的动势为一、二次的合成磁动势合成磁动势 。由于。由于 的大小取决于的大小取决于 ，只，只要要 保持不变，由空载到负载，保持不变，由空载到负载，基本不变，因此有基本不变，因此有磁动势平衡磁动势平衡方程方程:Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 负载运行时负载运行时,忽略空载电流有忽略空载电流有:表明表明:一、二次一、二次电流电流比近似与比近似与匝数匝数成反比。可见，匝成反比。可见，匝数不同，不仅能变电压，同时也能变电流。数不同，不仅能变电压，同时也能变电流。在

45、额定负载时，在额定负载时，I I1L1L比比I I0 0大很多，负载分量是大很多，负载分量是I I1 1中的主中的主要部分要部分.表明表明:变压器的负载电流分成两个分量变压器的负载电流分成两个分量,一个是励磁一个是励磁电流电流 ,用来产生主磁通用来产生主磁通,另一个是负载分量另一个是负载分量 ,用来抵消二次磁动势的作用。电磁关系将一、二次联系用来抵消二次磁动势的作用。电磁关系将一、二次联系起来起来,二次电流增加或减少必然引起一次电流的增加或减二次电流增加或减少必然引起一次电流的增加或减少少.于是，二次侧对电能需求的变化，就由磁动势平衡关于是，二次侧对电能需求的变化，就由磁动势平衡关系反映到一次

46、侧。变压器一、二次侧绕组之间，虽然没系反映到一次侧。变压器一、二次侧绕组之间，虽然没有电的联系，但借助于磁耦合，实现了一、二侧绕组间有电的联系，但借助于磁耦合，实现了一、二侧绕组间的能量传递和电压、电流的变换。的能量传递和电压、电流的变换。Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 三、负载运行时电动势平衡方程三、负载运行时电动势平衡方程除了主磁通在一、二次侧绕组中感应电动势除了主磁通在一、二次侧绕组中感应电动势E E1 1和和E E2 2外，外，一、二次侧绕组中还有对应于漏磁通所产生的漏电动势。一、二次侧绕组中还有对应于漏磁通

47、所产生的漏电动势。据基尔霍夫电压定律可写出一、二次侧电动势平衡方程据基尔霍夫电压定律可写出一、二次侧电动势平衡方程一次侧电动势平衡方程：一次侧电动势平衡方程：二次侧电动势平衡方程：二次侧电动势平衡方程：Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 综合分析，变压器稳态运综合分析，变压器稳态运行时的六个基本方程式为行时的六个基本方程式为:各各电磁量之间同时满足这电磁量之间同时满足这六个方程六个方程mU2N1N2AXaxU1E1E11E2E22Electric MachineryElectric MachineryElectric M

48、achinery 第三节第三节 等值电路等值电路1.1.问题？问题？是否可找到一个便于工程计算的单纯电路，以代是否可找到一个便于工程计算的单纯电路，以代替无电路联系、但有磁路耦合作用的实际变压器。同时替无电路联系、但有磁路耦合作用的实际变压器。同时这个电路必须能正确反映变压器内部电磁过程。这个电路必须能正确反映变压器内部电磁过程。2.2.答案：有！答案：有！这种电路称为变压器的这种电路称为变压器的等值电路等值电路，前提条件是必须进行前提条件是必须进行绕组折算绕组折算。利用变压器稳态运行时的六个基本方程式，已可对利用变压器稳态运行时的六个基本方程式，已可对变压器运行状态进行计算。但是求解复数的联

49、立方程组变压器运行状态进行计算。但是求解复数的联立方程组相当复杂困难，同时电力变压器的变比值较大，一、二相当复杂困难，同时电力变压器的变比值较大，一、二次侧电流、电压、阻抗等参数值相差很大，计算时很不次侧电流、电压、阻抗等参数值相差很大，计算时很不方便。方便。Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 在变压器中，一次侧和二次侧虽没有电的直接联系。在变压器中，一次侧和二次侧虽没有电的直接联系。但有磁路上的联系。从磁动势平衡关系中可以看出，二但有磁路上的联系。从磁动势平衡关系中可以看出，二次侧绕组的负载电流是通过它的磁动势次侧绕组

50、的负载电流是通过它的磁动势 来影响一次侧来影响一次侧绕组的电流的。如果把二次侧的匝数绕组的电流的。如果把二次侧的匝数N N2 2和电流和电流I I2 2换成另换成另一匝数和电流值，只要仍保持二次侧磁动势一匝数和电流值，只要仍保持二次侧磁动势 不变，那不变，那么，从一次侧来观察二次侧的作用是完全一样的，即仍么，从一次侧来观察二次侧的作用是完全一样的，即仍有同样的功率送给二次侧绕组。这种保持绕组磁动势不有同样的功率送给二次侧绕组。这种保持绕组磁动势不变而假想改变它的匝数与电流的方法称为变而假想改变它的匝数与电流的方法称为折算法折算法。一、绕组折算一、绕组折算1.1.折算方法折算方法：将变压器的二次