chapter02-2变压器的负载运行

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1、1,2-2 变压器的负载运行,u2,e1,e2,1,2,e2,W1,W2,2,一、 负载时的磁势和原付边的电流关系,付边绕组接上负载阻抗ZL，有电流 产生,i1,i2,A,X,u1,1,W1,W2,a,x,u2,e2,e1,e1,ZL,2,e2,基本电磁关系列方程式等效电路图,3,与空载时比较,(1)负载时的磁势,总磁势,i2,A,X,u1,1,W1,W2,a,x,u2,e2,e1,e1,ZL,2,e2,空载磁势:,i1,4,当U不变时，,故：,i2,A,X,u1,1,W1,W2,a,x,u2,e2,e1,e1,ZL,2,e2,（2）负载时的 电流：,或：,i1,5,i2,A,X,u1,1,W

2、1,W2,a,x,u2,e2,e1,e1,ZL,2,e2,可见当付方电流发生变化时原边电流亦在变。,原边电流由两部分组成：,(1)： 用以建立 主磁通,(2)： 负载分量,i1,6,原边绕组从电网吸收的功率传递给副边绕组。 副边绕组电流增加或减小的同时，引起原边电流的增加或减小，吸收的功率也增大或减小。,（3）能量传递：,从空载到负载，原边绕组电流 I1增加一个分量I1L以平衡副边绕组的作用,i2,A,X,u1,1,W1,W2,a,x,u2,e2,e1,e1,ZL,2,e2,i1,7,i2,A,X,u1,1,W1,W2,a,x,u2,e2,e1,e1,ZL,2,e2,二、 电势方程式,1、电压

3、方程：,原边：,副边：,用漏抗压降表示,i1,8,2、负载时的电磁关系,W1的电阻,9,3、负载运行时候的全部方程式。,无法构成一等效电路的原因在于:,R1 X,Xm,Rm,R2 X2,10,三、绕组折算：,1、目的：变压器中，,整的回路。计算时相当复杂。为了解决这个矛盾，引入绕组折算。,无法构成一个完,变压器原边和副边没有直接电路的联系，只有磁路的联系。副边的负载通过磁势影响原边。 因此只有副边的磁势不变， 原边的物理量没有改变。 这为折算提供了依据。,这种保持磁势不变而假想改变它的匝数与电流的方法，称折合算法。,11,2、定义：,实际绕组的各个量，称为实际值；假想绕组的各个量，称为折算值；

4、 保持副边绕组的磁势不变进行折算， 称为副边向原边折算； 保持原边绕组的磁势不变进行折算， 称为原边向副边折算。,将原、副边匝数变成同一匝数。,12,3、原则：,必须保持折算前后的电磁关系不变。在保持磁势、磁通、功率、损耗及漏磁场储能不变时才能折算，折算后值用“”号表示。,13,4、方法：（将付边各量折算到原边）,（1）副边电流,（磁势不变）,（2）副边电势,：（主磁通不变）,14,(3)漏抗 ,（漏磁无功损耗不变）,(4)电阻,15,能量是否改变？,铜耗： 有功输出： 无功输出：,R2,16,折算法只是一种分析的方法 凡是单位为伏的物理量（电动势、电压）的折算值等于原来数值乘k； 单位为欧的

5、物理量（电阻、电抗、阻抗）的折算值等于原来数值乘k2； 电流的折算值等于原来的数值乘以1/k。,17,折算后变压器的基本方程式：,18,四、等效电路,R1 X,Xm,Rm,R1 X,Xm,Rm,T（型等效电路）,19,T型等值电路,（1）电路中全部的量和参数都是每一相的值。原边为实际值，副边为折算值。 （2）等效的是稳态对称运行状态。,R1 X,Xm,Rm,注：,20,近似等效（）电路,T型电路包含有串联、并联回路。复数运算复杂。,实际变压器中，I1I0，Z0Z1，I1Z1 很小。负载变化时 变化不大。因此假定ImZm 不随负载变化，则将T型等效电路中的激磁支路移出，并联在电源端口,得到型等值

6、电路。,R1 X,Xm,Rm,21,R1 X,Xm,Rm,R1 X,Xm,Rm,T型等效电路,型等值电路,22,简化的等值电路,负载运行时， Im在I1N中所占的比例很小。在工程实际计算中，忽略Im，将激磁回路去掉， 得到更简单的阻抗串联电路。,空载运行时， 不能用简化的等值电路。,Rk称为短路电阻； Xk称为短路电抗； Zk为短路阻抗。,Zk= Rk+jXk,23,五相量图,(1)根据k算出,以 为参考量,(2),24,-,25,从相量图可以看出， 变压器原边电压 与电流 的夹角为 ， 称为变压器负载运行的功率因数角，cos1 称为变压器的功率因数。,对于运行的变压器，负载的性质和大小直接影

7、响了变压器功率因数的性质。,对应于感应电路的简化相量图为：,26,单相变压器基本方法总结,分析计算变压器负载运行方法有基本公式、等值电路和相量图。,基本方程式：是变压器的电磁关系的数学表达式； 等值电路： 是基本方程式的模拟电路； 相量图： 是基本方程的图示表示；,三者是统一的， 一般定量计算用等效电路，讨论各物理量之间的相位关系用相量图。,27,23 标么值,在工程计算中， 各物理量（电压、电流、功率等）除采用实际值来表示和计算外， 有时用这些物理量与所选定的同单位的基值之比，即所谓的标么值表示。用“*”表示。,一、定义：,28,一、定义：,注意：(1)标么值用下标“*”表示。（基准值用下标

8、“b”表示）,(2)基准值可以任意选取。,中两个值可以任意选取，其他可以由前两个得出。,29,二、基准值的选取原则,(1)功率的基值选取变压器的额定容量（功率）SN；,(2)计算变压器或电机的稳态问题时，常用其额定值 作为相应的基值。一次和二次相电压的标幺值为:,三相功率的基值取为变压器(电机 )的三相额定容量，即：,一次和二次相电流的标幺值为:,30,原边线电压的标么值，基值为原边额定线电压。（电流） 原边相电压（流）的标么值，基值为原边额定相电压（电流） 副边线电压（流）的标么值，基值为副边额定线电压（流） 副边相电压（流）的标么值，基值为副边额定相电压（流）,不难证明，此时相电压和线电压

9、的标幺值相等，相电流和线电流亦相等。,31,标么值的认识：,（1）标么值是两个具有相同单位的物理量（实际值和选定的固定值）之比， 没有量纲。,（2）选定基值时， 对于电路计算U、I、Z和S中， 两个量的基值是任意选定， 其余两个量的基值根据电路的基本定律计算。,（3）功率的基值是指视在功率的基值， 同时也是有功和无功功率的基值。 阻抗基值也是电阻和电抗的基值。,（4）计算单台变压器时， 通常以变压器的额定值作为基值。,32,三 引入标么值的意义,(1)不论变压器的容量大小， 标么值表示的各参数和典型的性能数据， 通常都在一定的范围， 便于比较和分析；,例：,满载时：,空载电流标么值,(2)用标

10、么值表示，归算到原边和副边的变压器参数恒相等。 换言之，用标么值计算时不需要折算。,33,同理,用标么值表示时，折算前后变压器的参数标么值相等，不用考虑折算;可以用来简化方程及计算。,对于理想变压器,34,（3）某些物理量的标么值具有相同的数值， 简化了计算,（4）可通过标么值判断运行情况。,35,2-4 等效参数的测量,变压器的电路参数在铭牌和产品目录上大都没有标出， 可通过试验的方法测定。 等值电路是分析和计算变压器的有效工具。 激磁参数和短路参数可通过空载试验和短路试验测出。,36,一、空载试验,1、试验目的测：,空载损耗p0,2、试验原理图：,很小，可以忽略。,空载试验可以测出变压器的

11、励磁参数。为了便于测试和安全， 空载试验在低压侧施加电压。,R1 X,Rm,Xm,37,V,A,W,三相试验电源,V,A,A,A,W,W,V,V,单相试验电源,单相变压器,三相变压器,38,3、试验过程：,（1）原边加电压U1，副边开路,（2）用调压器使U1由0上升至左右UN，逐点测出副边的空载电势U20 、I0及p0 。,(3)作图,0,U1,p0,I0,p0,I0,39,(4)、试验结果分析,找出 时的p0及I0（单相）,R1 X,Xm,Rm,T（型等效电路）,0,U1,p0,I0,p0,I0,40,此时得到的阻抗为在低压方的值。若将其折算到高压方。则,在试验中要U1调到1.15UN左右，

12、为安全记，在低压方作原边，在低压方加电源。,注意：激磁参数与磁路的饱和度有关， 为使测出的参数符合变压器实际运行， 额定电压点必测。 同时注意折算。,41,二、短路试验,为了便于测试， 短路试验常在高压侧加电源电压，低压侧直接短路。,1、试验目的：测,及pcu,2、试验原理：,忽略不计故,R1 X,Xm,Rm,42,V,A,W,三相试验电源,V,A,A,A,W,W,V,V,单相试验电源,单相变压器,三相变压器,43,3、试验过程：,(1)原边加电压Uk，副边短路,(2)调电压慢慢升高I1至由0增到为1.2IN止,逐点记录,，及外温。,(3)作图：,0,Uk,pk,Ik,pk,Ik,为常数,为直

13、线。,44,4.实验结果,R1 X,0,Uk,pk,Ik,pk,Ik,短路试验时， 外施电压低，相应主磁通铜小， 铁耗、激磁电流不计， 用简化的等效电路来分析。,45,参数与温度有关，短路试验时温度与实际运行时不同， 需温度换算。,46,5.注意：,(1)当短路时,小，要避免过大电流。,在整个过程中Uk很小，调电压源时要注意，通常当,(2),左右，为便于测量通常在高压方做试,验，低压方短路。,(3)如果无法将Ik调到IN，那么最小应,再近似按,将Pk及Uk换算到额定电流值。,47,三、短路电压,1、定义：短路试验时,使,时的电压称短路电压,短路试验时，UkI1NZk。,短路电压的大小反映了变压器在额定负载下运行时漏阻抗压降的大小。 从运行观点来看，短路电压小， 代表输出电压受负载变化的影响小。 一般为410.5%.,48,2、将Uk中消耗在R上的称为的Uk有功分量Uka,将Uk中消耗在X上的称为的Uk无功分量Ukr,49,3、意义： Uk发应了当变压器额定运行时候。消耗在内部阻抗上的压降。希望Zk小， INZk小， U2 更加趋于稳定。但Zk太小，短路时Ik太大。,50,2-5 变压器的运行特性,变压器的运行特性主要有外特性（副边