變壓器的基本工作原理和結(jié)構(gòu)(編輯修改稿)
2024-11-19 01:08 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 次繞組，路徑為沿鐵芯而閉合的磁路，磁阻較小，具有飽和特性，Φ0 與 I0 呈非線性關(guān)系。 Φ1δ——只交鏈一次繞組，它所經(jīng)的路徑大部分為非磁性物質(zhì)，磁阻較大， Φ1δ 與 I0 呈線性關(guān)系，不具飽和特性。 ●在作用上——功能不同。主磁通通過互感作用傳遞功率，漏磁通不傳遞功率，僅起漏抗壓降的作用。 ●在數(shù)量上—— Φ0 ＞ 99% 總磁通， Φ1δ ＜1%總磁通,變壓器空載時各電磁量間的關(guān)系,二、變壓器各電磁量參考方向的規(guī)定,規(guī)定電流的正方向與該電流所產(chǎn)生的磁通正方向符合“右手螺旋”定則， 規(guī)定磁通的正方向與其感應電勢的正方向符合“右手螺旋”定則。 電流正方向與電勢正方向一致。,二、變壓器各電磁量參考方向的規(guī)定,一次繞組（負載）——按電動機慣例 ——同方向 與 ——符合右手螺旋定則 與 ——同方向 ● 二次繞組（電源）——按發(fā)電機慣例 ——與 之間關(guān)系用 右手螺旋定則確定 ——與 同方向 ——與 同方向,例如?正在增加，dФ/dt為正，e1＝－ N1dФ/dt＜0為負，若外電路能使e1產(chǎn)生電流，其電流方向必與i0正方向相反，該電流產(chǎn)生磁通Ф0′，與Ф0方向相反，起阻止Ф0增加的作用，即符合楞次定律,三、感應電動勢分析,主磁通感應電動勢分析,若 u1 隨時間按正弦規(guī)律變化，則 φ0 也按正弦規(guī)律變化，設(shè)：,主磁通與感應電勢的關(guān)系,（a) 波形圖,（b) 向量圖,磁通與電動勢之間的關(guān)系圖形,結(jié)論： ●φ0 為正弦波時， e 也為正弦波 ● e滯后φ0 相位900,０,電動勢有效值、相量表示法,有效值 相量,漏磁通感應的電動勢,推倒方法同上：,● 結(jié)論：磁路不飽和，磁阻很大，且為常數(shù)，因此X1很小，且為常數(shù)，X1不隨電源電壓U1和負載變化,3.2.2 空載電流和空載損耗,一、空載電流,●空載電流主要作用是在鐵心中建立磁場，產(chǎn)生主磁通 ●空載時的變壓器實際上就是一個非線性電感器，其磁通量與電流的關(guān)系，服從與鐵磁材料的磁化曲線 Φ=f(i),磁化曲線,空載電流的作用與組成,空載電流包含兩個分量 —— 勵磁分量，作用是建立主磁通，相位與主磁通 相同，為無功分量 ——鐵損耗分量，作用是供給鐵磁材料鐵損（磁滯和渦流損耗），為有功分量。空載運行時從電源輸入少量電功率 ，主要用來補償鐵心中的鐵損耗,空載電流的性質(zhì)和大小,性質(zhì)——通常，Ior Ioa ，U1 與 Io 之間相位角 Φ0 接近90176。 Io ≈ Ior 空載電流可近似為感性 大小—— 與導磁材料有關(guān) 一般變壓器—— I0% = （2~10）% 大容量變壓器—— I0% ＜1% 容量越大——I0% 越小,空載電流波形,●I0 ——受磁路飽和影響，空載電流呈尖頂波形 ●為分析、測量、計算方便，在相量圖和計算式中，用等效正弦波來代替實際的空載電流,二、空載損耗,變壓器空載運行時，只從電源吸收少量有功功率P0，用來供給鐵芯中鐵損PFe和少量繞組銅損R1I02 P0 = PFe + Pcu ≈ PFe ● PFe的求取 ※ 測試法（空載試驗） ※ 計算法 PFe ∝ B2m f1.3 ● P0 ≈ (0.2%~1%)SN 容量越大，空載損耗越小,分析變壓器內(nèi)部電磁關(guān)系的方法 基本方程式——電磁關(guān)系的數(shù)學表達式 等效電路圖——應用于定量計算 相量圖——應用于定性分析,3.2.3 空載時的電動勢方程、等效電路和相量圖,電動勢平衡方程,●一次側(cè),影響φm（主磁通幅值）因素 電源 U1 、 f 2 、結(jié)構(gòu) N1,一、電動勢平衡方程和變比,電動勢平衡方程,二次側(cè) （I2=0）,綜上所述可得: ※忽略電阻壓降和漏磁電勢， 則U1≈E1＝4.44fN1?m。?m∝U1即：當外 施電壓U1為定值，主磁通?m也為一定值 ※影響φm（主磁通幅值）因素 電源 U1 、 f 2 、結(jié)構(gòu) N1,思考題,問題：一臺結(jié)構(gòu)已定的變壓器當外施電壓為已知，需要電源提供多大的勵磁電流呢? 勵磁電流包括哪些成分呢? 答：決定于變壓器的鐵芯材料及鐵芯幾何尺寸。因為鐵芯材料是磁性物質(zhì)，勵磁電流的大小和波形將受磁路飽和、磁滯及渦流的影響。 勵磁電流包括：有功分量（供鐵損）和無功分量（產(chǎn)生Φ0）,電壓變比,變比——一次繞組與二次繞組主電動勢之比。 電壓變比k 決定于一、二次繞組匝數(shù)比。 略去電阻壓降和漏磁電勢,※三相變壓器：K為一、二次側(cè)相電動勢（電壓）之比,二、空載時的等效電路和相量圖,空載時的等效電路 等效電路——將運行中的變壓器的電和磁之間的相互關(guān)系用一個模擬電路的型式來等效 ●漏抗電路模型,X1表示漏磁通對電路的影響，近似為常數(shù),● 勵磁特性的電路模型,強調(diào)： Rm—勵磁電阻，并非實質(zhì)電阻、是為計算鐵損耗引進的模擬電阻。 Xm—勵磁電抗，是主磁通Φ引起的電抗 Zm—勵磁阻抗 由于鐵芯磁路具有飽和特性，參數(shù)Zm隨外施電壓增加而減小，不是常數(shù)。但變壓器正常運行時，外施電壓等于或近似等于額定電壓，且變動范圍不大,可把Zm看成常數(shù)。,● 空載時等效電路,※ 一次繞組電動勢平衡方程,※ 因R1＜＜Rm , X1＜＜Xm 略Z1，則I0大小取決天Zm 等效電路圖只有Zm,變壓器采用高導磁材料，增大勵磁阻抗Zm↗（Xm↗)，降低空載勵磁電流I0↙，提高運行效率和功率因數(shù),空載時相量圖,空載時基本方程式,Φm （參考方向） E1 滯后Φm 90度 E1與U20方向一致 I0超前Φm 一個角度 U1,結(jié)論,由
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