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(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(xiàn)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(xiàn)性關(guān)系，不具飽和特性。 ●在作用上——功能不同。主磁通通過(guò)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(shí)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(yīng)電勢(shì)的正方向符合“右手螺旋”定則。 電流正方向與電勢(shì)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(fù)載）——按電動(dòng)機(jī)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(jī)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(fù)，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(yīng)電動(dòng)勢(shì)分析,主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分析,若 u1 隨時(shí)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(yīng)電勢(shì)的關(guān)系,（a) 波形圖,（b) 向量圖,磁通與電動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系圖形,結(jié)論： ●φ0 為正弦波時(shí)， e 也為正弦波 ● e滯后φ0 相位900,０,電動(dòng)勢(shì)有效值、相量表示法,有效值 相量,漏磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì),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(fù)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(chǎng)，產(chǎn)生主磁通 ●空載時(shí)的變壓器實(shí)際上就是一個(gè)非線(xiàn)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(xiàn) Φ=f(i),磁化曲線(xiàn),空載電流的作用與組成,空載電流包含兩個(gè)分量 —— 勵(lì)磁分量，作用是建立主磁通，相位與主磁通 相同，為無(wú)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(yùn)行時(shí)從電源輸入少量電功率 ，主要用來(lái)補(bǔ)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(dǎo)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(cè)量、計(jì)算方便，在相量圖和計(jì)算式中，用等效正弦波來(lái)代替實(shí)際的空載電流,二、空載損耗,變壓器空載運(yùn)行時(shí)，只從電源吸收少量有功功率P0，用來(lái)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(cè)試法（空載試驗(yàn)） ※ 計(jì)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(xué)表達(dá)式 等效電路圖——應(yīng)用于定量計(jì)算 相量圖——應(yīng)用于定性分析,3.2.3 空載時(shí)的電動(dòng)勢(shì)方程、等效電路和相量圖,電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)平衡方程和變比,電動(dòng)勢(shì)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(shì)， 則U1≈E1＝4.44fN1?m。?m∝U1即：當(dāng)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(wèn)題：一臺(tái)結(jié)構(gòu)已定的變壓器當(dāng)外施電壓為已知，需要電源提供多大的勵(lì)磁電流呢? 勵(lì)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?yàn)殍F芯材料是磁性物質(zhì)，勵(lì)磁電流的大小和波形將受磁路飽和、磁滯及渦流的影響。 勵(lì)磁電流包括：有功分量（供鐵損）和無(wú)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(dòng)勢(shì)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(shì),※三相變壓器：K為一、二次側(cè)相電動(dòng)勢(shì)（電壓）之比,二、空載時(shí)的等效電路和相量圖,空載時(shí)的等效電路 等效電路——將運(yùn)行中的變壓器的電和磁之間的相互關(guān)系用一個(gè)模擬電路的型式來(lái)等效 ●漏抗電路模型,X1表示漏磁通對(duì)電路的影響，近似為常數(shù),● 勵(lì)磁特性的電路模型,強(qiáng)調(diào)： Rm—?jiǎng)?lì)磁電阻，并非實(shí)質(zhì)電阻、是為計(jì)算鐵損耗引進(jìn)的模擬電阻。 Xm—?jiǎng)?lì)磁電抗，是主磁通Φ引起的電抗 Zm—?jiǎng)?lì)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(yùn)行時(shí)，外施電壓等于或近似等于額定電壓，且變動(dòng)范圍不大,可把Zm看成常數(shù)。,● 空載時(shí)等效電路,※ 一次繞組電動(dòng)勢(shì)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(dǎo)磁材料，增大勵(lì)磁阻抗Zm↗（Xm↗)，降低空載勵(lì)磁電流I0↙，提高運(yùn)行效率和功率因數(shù),空載時(shí)相量圖,空載時(shí)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(gè)角度 U1,結(jié)論,由
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