第2章变压器的运行分析.ppt
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1、第二章第二章 变压器的运行分析变压器的运行分析 本章内容体现了变压器的基本电磁关系,本章内容体现了变压器的基本电磁关系,着重研究变压器稳态运行的数学模型。着重研究变压器稳态运行的数学模型。*以单相变压器为例来介绍变压器的运行分析及数以单相变压器为例来介绍变压器的运行分析及数学模型等,这些结果同样适用于三相变压器对称稳学模型等,这些结果同样适用于三相变压器对称稳态运行分析态运行分析主要内容:主要内容:1.基本方程式、相量图和等效电路图基本方程式、相量图和等效电路图2.变压器的折合算法变压器的折合算法3.标幺值标幺值 4.运行性能运行性能.变压器各物理量的参考方向变压器各物理量的参考方向 按电动机
2、惯例,按电动机惯例,吸收电功吸收电功和和1、按发电机惯例,发出电功率按发电机惯例,发出电功率和和5、均由同名端流入均由同名端流入和和6、3、和和 符合符合右手螺旋定则右手螺旋定则2、和和 符合右手符合右手螺旋定则螺旋定则4、和和 符合右手螺旋定则符合右手螺旋定则.第一节第一节 变压器空载运行变压器空载运行*、都是最大值,一般都是最大值,一般 *、都是由励磁磁动势都是由励磁磁动势 产生的。产生的。1.主磁通、漏磁通主磁通、漏磁通.变压器正常运行时,设电源电压为正弦变压器正常运行时,设电源电压为正弦变化,则主磁通的瞬时值为变化,则主磁通的瞬时值为 根据电磁感应定律根据电磁感应定律2.主磁通感应电动
3、势主磁通感应电动势则电动势的有效值为则电动势的有效值为同理:同理:取取 参考向量,因参考向量,因 落后主磁通落后主磁通 ,则:则:.4.漏磁通感应电动势漏磁通感应电动势3.主磁通感应电动势结论:主磁通感应电动势结论:,变比变比主磁通主磁通 决定了感应电动势决定了感应电动势E1 的大小。的大小。4.1 定义式定义式.4.2 一次绕组漏电抗一次绕组漏电抗X1的分析的分析 一次绕组漏电抗一次绕组漏电抗*漏电抗漏电抗 X1为常数,即为常数,即X1不随电流大小而变化。不随电流大小而变化。令一次绕组漏电抗令一次绕组漏电抗 *把漏磁通感应电动势看成在漏电抗把漏磁通感应电动势看成在漏电抗X1上的上的负压降形式
4、。负压降形式。.5.空载运行电压方程式空载运行电压方程式空载时的变比为:空载时的变比为:其中其中 为一次绕组的电阻为一次绕组的电阻 为一次绕组的漏电抗为一次绕组的漏电抗 为一次绕组的漏阻抗为一次绕组的漏阻抗.由由 可知,当电源电压随时间按可知,当电源电压随时间按正弦规律变化,则电动势、磁通必定都按正正弦规律变化,则电动势、磁通必定都按正弦规律变化。根据铁磁材料的磁化曲线可知,弦规律变化。根据铁磁材料的磁化曲线可知,磁通和励磁电流成饱和曲线关系,即磁通和励磁电流成饱和曲线关系,即 呈呈非线性关系。非线性关系。6.励磁电流励磁电流.(1)当磁通为正弦波,由于磁路饱和,励磁当磁通为正弦波,由于磁路饱
5、和,励磁电流为尖顶波。电流为尖顶波。(2)励磁电流可以分解为基波和三次谐波。励磁电流可以分解为基波和三次谐波。(3)磁通与励磁电流同相位。磁通与励磁电流同相位。6.1 6.1 饱和对励磁电流的影响饱和对励磁电流的影响根据磁路欧姆定律根据磁路欧姆定律当计磁路饱和时,随着当计磁路饱和时,随着结论:结论:.由于励磁电流波形的非正弦,不能用相由于励磁电流波形的非正弦,不能用相量表示。工程上用等效正弦波概念来表征实量表示。工程上用等效正弦波概念来表征实际励磁电流际励磁电流思考:单相变压器思考:单相变压器220V/110V220V/110V,如错把低压,如错把低压边接为边接为220V220V时,问时,问
6、的变化?的变化?6.2 6.2 铁损对励磁电流的影响铁损对励磁电流的影响 由于铁损耗的存在,使励磁电流半波波由于铁损耗的存在,使励磁电流半波波形非对称,使励磁电流波形超前主磁通波形形非对称,使励磁电流波形超前主磁通波形的角度称铁耗角,用的角度称铁耗角,用 表示。表示。.因为空载功率因数很小,所以变压器空载运因为空载功率因数很小,所以变压器空载运行时从电源吸收很大的滞后性无功功率。行时从电源吸收很大的滞后性无功功率。从相量图可知:从相量图可知:与与()同相位同相位 从电网吸收有功功从电网吸收有功功率率 供铁耗用;供铁耗用;落后落后()90 从电从电网吸收滞后性无功功率网吸收滞后性无功功率 建立磁
7、场;建立磁场;7.变压器空载运行的相量图变压器空载运行的相量图.其中其中 Rm励磁电阻励磁电阻;Xm励磁电抗励磁电抗 Zm励磁阻抗励磁阻抗G0励磁电导励磁电导 B0励磁导纳励磁导纳 8.变压器空载运行的等效电路变压器空载运行的等效电路所以所以.8.变压器空载运行的等效电路变压器空载运行的等效电路Rm励磁电阻励磁电阻,它是反映变压器铁耗大小的等效电阻,它是反映变压器铁耗大小的等效电阻,不能用伏安法测量。不能用伏安法测量。Xm励磁电抗,励磁电抗,反映反映了主磁通对电路的电磁效应。了主磁通对电路的电磁效应。结论:结论:.X1是与一次绕组漏磁通对应的电抗;是与一次绕组漏磁通对应的电抗;Xm是与是与主磁
8、通对应的电抗主磁通对应的电抗 X1是常数,是常数,Xm与磁路饱和有关,是一个变与磁路饱和有关,是一个变化量。化量。Rm、Xm都随磁路的饱和程度增加而减小。都随磁路的饱和程度增加而减小。磁路饱和磁路饱和 ,X mRmX1R1,一般,一般.第二节第二节 变压器的负载运行变压器的负载运行.1.1.一二次电流关系(磁动势平衡方程式)一二次电流关系(磁动势平衡方程式)一、负载时电压与电流的关系:一、负载时电压与电流的关系:1.2 磁动势磁动势 和和根据安培环路定律,此时一二次绕组的磁动势合根据安培环路定律,此时一二次绕组的磁动势合成产生主磁通。即成产生主磁通。即 ,其中,其中 为合成磁为合成磁动势。动势
9、。1.1 一次侧电流一次侧电流二次侧接了负载,二次侧有电流流过,即一二次侧二次侧接了负载,二次侧有电流流过,即一二次侧电流都会产生磁动势,因此一次绕组的电流由电流都会产生磁动势,因此一次绕组的电流由 变变成成1.1 一次侧电流一次侧电流二次侧接了负载,二次侧有电流流过,即一二次侧二次侧接了负载,二次侧有电流流过,即一二次侧电流都会产生磁动势,因此一次绕组的电流由电流都会产生磁动势,因此一次绕组的电流由 变变成成1.1 一次侧电流一次侧电流二次侧接了负载,二次侧有电流流过,即一二次侧二次侧接了负载,二次侧有电流流过,即一二次侧电流都会产生磁动势,因此一次绕组的电流由电流都会产生磁动势,因此一次绕
10、组的电流由 变变成成.负载一次绕组负载一次绕组从大小关系来看,从空载到满载,因为电源电从大小关系来看,从空载到满载,因为电源电压压 不变,所以一次绕组的感应电动势不变,所以一次绕组的感应电动势 变化变化不大,不大,。所以。所以 基本不变。基本不变。一次电流从空载到负载一次电流从空载到负载 时,有:时,有:1.3 空载一次绕组空载一次绕组.空载时主磁通是由励磁电流空载时主磁通是由励磁电流 产生,产生,为一次电流的负载分量为一次电流的负载分量 变压器变比变压器变比.当仅考虑数量关系时,一次磁动势等于二次磁当仅考虑数量关系时,一次磁动势等于二次磁动势,即动势,即 ,所以利用磁动势平衡的概,所以利用磁
11、动势平衡的概念来定性分析变压器负载运行时,可得如下结念来定性分析变压器负载运行时,可得如下结论:电流之比等于匝数之比,论:电流之比等于匝数之比,。由由 一次电流负载分量所建立一次电流负载分量所建立的磁动势与二次电流磁动势相平衡。的磁动势与二次电流磁动势相平衡。当略去当略去 时,时,当当 时,即一次电流达到满载时,时,即一次电流达到满载时,也达到额定值也达到额定值。.2.2.负载时二次电压、电流的关系负载时二次电压、电流的关系.3.变压器的基本方程式变压器的基本方程式.4.折合算法折合算法 目的目的:a、使一、二次绕组、使一、二次绕组“有有”电的连接电的连接等效电路,这样就用电路知识来解题了。等
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