【正文】 1 第三章 變壓器基本運行原理 本章內(nèi)容體現(xiàn)了變壓器的基本電磁關(guān)系，著重研究變壓器穩(wěn)態(tài)運行的數(shù)學模型。 主要內(nèi)容： 第一節(jié) 變壓器的空載運行 第二節(jié) 變壓器的負載運行 第三節(jié) 標幺值 第四節(jié) 變壓器等效電路參數(shù)測定 第五節(jié) 變壓器的運行特性 2 ? 以單相雙繞組電力變壓器為例，分析變壓器的基本原理、導出基本方程式、等效電路、相量圖，求出變壓器的運行性能的主要指標，即電壓變化率和效率。 ? 本章重點：分析 變壓器的基本理論 ，本篇核心。 Introduction 3 空載運行：指一次繞組接額定頻率、額定電壓的交流電源，二次繞組 開路 時的運行狀態(tài)。 1u1e10i?2e 20u02 ?i變壓器的空載運行 1N 2N第一節(jié) 變壓器的空載運行 4 一 .空載運行時的物理情況 圖 3－ 1 單相變壓器空載運行示意圖 空載運行過程： 空載電流 —— 空載磁動勢 —— 空載磁通 —— 主磁通和漏磁通 —— 主磁路和漏磁路。 i0 i2=0 A X u1 ? ?1? N1 N2 a x 第一節(jié) 變壓器的空載運行 5 i0 A X u1 ? ?1? N1 N2 i2=0 a x 空載磁通 :主磁通與漏磁通的差別： ??????1(1)功能不同 ?同時與 原副邊 交鏈，?1? 僅與 原邊 交鏈。 當 i0 變化時， ?、 ?1? 均變化， ?在原副邊繞組中均產(chǎn)生感應電勢，將能量從原邊傳到付邊， ?1? 無此功能，僅在 原邊繞組中產(chǎn)生感應電勢 （ 2）磁路性質(zhì)不同 ?均從鐵芯中走，磁阻小 ?1?從空氣中，磁阻大， ????mm RiNRiN 01101 。 ????? 1?6 圖 3－ 2 變壓器空載運行時的電磁關(guān)系 第一節(jié) 變壓器的空載運行 u1 i0 N1i0 ?1? ? e1? e1 e2 i0r1 N1的電阻 7 二．正方向的 規(guī)定 ?(1)原邊電流方向有外加電壓方向一致，如 A?X ? (2)磁勢與磁通的正方向均與產(chǎn)生它們的電流滿足右手螺旋關(guān)系 ?(3)感應電勢正方向與產(chǎn)生他的 ? 滿足右手螺旋關(guān)系 注：感應電勢正方向由低電位指向高電位。 ?(4)由 (3)知 ， 付邊電壓正方向如圖所示 ， 付邊電流與付邊電壓正方向一致 ， 均從 ax?i0 i2=0 A X u1 ? ?1? N1 N2 a x F u20 e2 e1 e1? 10111 riuee ???? ?8 三 . 空載運行時的各物理量 (1)定義 ：變壓器空載運行時，一次繞組的電流。 (2)作用 ：建立空載磁場，即主磁通 ?(幅值 ?m) 和一次繞組的漏磁通 ?1? 。補償空載時變壓器內(nèi)部的有功功率損耗。 (3)空載電流 有 有功分量 ioa和 無功分量 ior兩部分，前者對應有功功率損耗，后者用來產(chǎn)生空載磁場 。 第一節(jié) 變壓器的空載運行 oaor III??? ??0有功分量 很小，可忽略，有 orII?? ?0aI0?9 在電力變壓器中，空載電流的無功分量遠遠大于有功分量，所以空載電流基本上屬于無功性質(zhì)，空載電流又稱為 激磁電流或勵磁電流 。 空載電流的數(shù)值不大，大約為額定電流的 2％ 10％。一般來說，變壓器的容量越大，空載電流的百分數(shù)越小。 第一節(jié) 變壓器的空載運行 10 NiHl ?(4)激磁電流 io的大小 : ilNH ?SB /??)( HfB ? )( if??所以，已知磁通時，激磁電流的大小由磁化曲線決定。 i0 ? 0 當磁路不飽和時 ，磁化曲線是直線，激磁電流與磁通成正比。 若鐵心中主磁通的幅值 ?m使 磁路達到飽和 ,則 i0 可由圖解法來確定。 11 當 ?為正弦波 ， i 為尖頂波 ， 含 諧波 : 7531 , iiii? ?t ?t i0 ? 0 0 ?t1 ?t1 (5)激磁電流的波形 : 磁路不飽和時： 磁路飽和時： 正弦磁通需要正弦電流 正弦磁通需要什么波形的激磁電流？ 12 t?O 1t? ?90?180磁路飽和時激磁電流成為尖頂波 i0 i0 i1 i3 i 為尖頂波 ,含諧波 7531 , iiii13 ? ?t ?t im ? 0 0 ?t1 ?t1 (1)不計飽和 ， ? 正弦 ， i? (2)計飽和 ， i正弦 ， ?? i為正弦 ? 平頂波 正弦激磁電流產(chǎn)生什么波形的磁通？ :激磁電流與主磁通同相位 mI?? ? ?014 ?空載運行時的相量圖 變壓器從電網(wǎng)吸取的功率，除極少部分消耗在原繞組電阻損耗外，主要用于供給鐵心損耗，由于鐵耗的存在，激磁電流除磁化電流分量 i0r(iFe)外，還有很小的鐵耗分量 i0a(im)。磁化電流遠遠大于鐵耗電流，所以 變壓器空載時功率因數(shù)很低， 左右 。 空載時的相量有 i0、 ior、ioa、 u ?m。 orI?0?I1?Um??aI0??０ ar III 000??? ??圖 3－ 4 空載運行時勵磁電流與主磁通的相位關(guān)系 15 空載磁動勢產(chǎn)生主磁通 ? 和漏磁通 ?1? 。 空載運行時，鐵心中只有空載磁勢產(chǎn)生的磁場。空載磁場實際分布情況很復雜，為了分析方便，把磁通根據(jù)其所經(jīng)過的路徑不同分為 主磁通和漏磁通 ，以便于把非線性問題和線性問題分別討論。 100 NIF ?? ? 第一節(jié) 變壓器的空載運行 16 （ 3）主磁通 ?主磁路磁阻小， 主磁通占絕大部分 ，主磁路沿鐵心閉合。 ?主磁路的磁阻不是常數(shù) ，主磁通和產(chǎn)生它的空載電流之間為非線性關(guān)系。 ?主磁通 ? 交鏈一次和二次繞組，使其分別感應電勢 和 。二次繞組的感應電勢 相當于負載的電源，通過主磁通的耦合作用，變壓器實現(xiàn)了能量的傳遞。 ?只有交變的主磁通才能在繞組中感應電勢，所以 變壓器只能傳遞交流電能，且無法改變交流電的頻率 。 1E?2E? 2E?第一節(jié) 變壓器的空載運行 i 0 i 2 =0AXu 1?? 1 ?N 1 N2axu 20e 2e 1 e 1 ?17 tm ??? s i n? 交變磁通將在一、二次繞組中感應電勢，設主磁通按正弦規(guī)律變化，即： ?m為主磁通的最大值。 ?是電源角頻率， ? = 2?f 。 第一節(jié) 變壓器的空載運行 18 )2s i n ()2s i n (co s11111??????????????????tEtNtNdtdNemmm一次繞組感應電勢瞬時值為： 第一節(jié) 變壓器的空載運行 19 mm NE ?? 11 ?一次繞組感應電勢的最大值 : )2s i n ()2s i n (co s11111??????????????????tEtNtNdtdNemmm(1)一次繞組感應電勢瞬時值為： 第一節(jié) 變壓器的空載運行 一次繞組感應電勢的有效值為： mmmm fNfNNEE ?????11111 22/2/ ????20 )2s i n ()2s i n (co s11111??????????????????tEtNtNdtdNemmm結(jié)論： A:感應電勢滯后產(chǎn)生該電勢的磁通 90176。 。 B: e1有效值 mm fNjNjE ???111 ???? ??C: mfNE ?11 ?21 (2)主磁通在 二次繞組 所感應的電勢為： mm NE ?? 22 ?二次繞組感應電勢的最大值 : )2s i n ()2s i n (co s22222??????????????????tEtNtNdtdNemmm 二次繞組感應電勢的有效值為： mmmm fNfNNEE ?????22222 22/2/ ????22 感應電勢有效值的大小，與主磁通的頻率、繞組匝數(shù)及主磁通最大值成正比。 感應電勢頻率與主磁通頻率相等，電勢相位滯后主磁通 90176。 。 主磁通感應電勢結(jié)論： ? ② 主磁通 決定感應電動勢 E1 的大小。 ? mm fNEfNE ?? 2211 ?? ，mfN