电机学 教学课件 作者 赵莉华 曾成碧 ch3.ppt

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1、第三章变压器基本运行原理第一节变压器的空载运行第二节变压器的负载运行第三节标幺值第四节变压器等效电路参数测定第五节变压器的运行特性所谓变压器的空载运行状态指一次绕组接额定频率、额定电压的交流电源，二次绕组开路时的运行状态。第一节变压器的空载运行1.空载运行时的物理情况图3－1单相变压器空载运行示意图空载运行过程：空载电流——空载磁动势——空载磁通——主磁通和漏磁通——主磁路和漏磁路。主磁通和漏磁通在性质上有明显的差别：①磁路性质不同：主磁路由铁磁材料构成，可能出现磁饱和，所以主磁通与建立主磁通的空载电

2、流之间可能不成正比关系；而漏磁路绝大部分由非铁磁材料构成，无磁饱和问题，则一次绕组漏磁通与空载电流之间成正比关系。由于主磁路磁阻小，所以主磁通占总磁通绝大部分，而漏磁路磁阻大，漏磁通很小，仅占0.1%~0.2%。②功能不同：主磁通通过电磁感应将一次绕组能量传递到二次绕组，起能量传递作用，而漏磁通只在一次绕组感应电势，不起传递功率作用。图3－2变压器空载运行时的电磁关系2.正方向的规定（1）电源电压正方向由A→X，一次侧电流正方向与电源正方向一致，即也是由A→X。这相当于把一次侧绕组看作交流电源的负载，

3、采用所谓“负载”惯例。（2）磁势的正方向与产生该磁势的电流的正方向之间符合右手螺旋关系。（3）磁通的正方向与磁势的正方向一致。（4）感应电势的正方向（即电位升高的方向）与产生该电势的磁通的正方向之间符合右手螺旋关系。（5）把二次侧绕组电势看作电源电势，当a－x之间接负载时，二次侧电流的正方向与正方向一致，而负载端电压的正方向与电流正方向一致。3.空载运行时的各物理量（1）空载电流变压器空载运行时，一次绕组的电流为空载电流。空载电流主要用来建立空载磁场，即主磁通m和一次绕组的漏磁通1；另外，空载电

4、流还用来补偿空载时变压器内部的有功功率损耗。所以，空载电流有有功分量和无功分量两部分，前者对应有功功率损耗，后者用来产生空载磁场。在电力变压器中，空载电流的无功分量远远大于有功分量，所以空载电流基本上属于无功性质，空载电流又称为激磁电流或励磁电流。空载电流的数值不大，大约为额定电流的2％-10％。一般来说，变压器的容量越大，空载电流的百分数越小。图3－3磁路饱和时的空载电流波形在变压器中为了建立正弦波形的主磁通，激磁电流必须是尖顶波。图3－4空载运行时励磁电流与主磁通的相位关系（2）空载磁势空载磁势是

5、一次侧空载电流所建立的磁势它产生主磁通m和漏磁通1。变压器空载运行时，铁心中只有空载磁势产生的磁场。空载磁场实际分布情况很复杂，为了分析方便，把磁通根据其所经过的路径不同分为主磁通和漏磁通，以便于把非线性问题和线性问题分别讨论。（3）主磁通铁心材料具有良好的导磁性能，主磁路磁阻很小，主磁通占绝大部分，主磁路沿铁心闭合。因为铁心具有饱和性，主磁路的磁阻不是常数，所以主磁通和产生它的空载电流之间为非线性。主磁通交链一次和二次绕组，使其分别感应电势和。二次绕组的感应电势相当于负载的电源，说明通过主磁通

6、的耦合作用，变压器实现了能量的传递。只有交变的主磁通才能在绕组中感应电势，所以变压器只能传递交流电能，并且无法改变交流电的频率。（4）一次和二次绕组的感应电势根据电磁感应定律，交变磁通将在一、二次绕组中感应电势。设主磁通按正弦规律变化，即：为主磁通的最大值。是电源角频率。，为一次绕组感应电势的最大值。感应电势滞后产生该电势的磁通90°在规定的正方向下，一次绕组中主磁通感应电势的瞬时值为：一次绕组感应电势的有效值为：主磁通在二次绕组所感应的电势为：为二次绕组感应电势的最大值。二次绕组感应电势的有效值为：

7、感应电势有效值的大小，与主磁通的频率、绕组匝数及主磁通最大值成正比。感应电势频率与主磁通频率相等，电势相位滞后主磁通90°一次绕组除了有主磁通感应的电势外，漏磁通还将感应漏电势：考虑漏磁通通过的路径是非铁磁材料，磁路不存在饱和性质，所以漏磁路是线性磁路。也就是说，一次绕组漏电势与空载电流成线性关系。因此，常常把漏电势看作电流在一个电抗上的电压降，即：为比例系数，反映的是一次侧漏磁场的存在和该漏磁场对一次侧电路的影响，故称之为一次侧漏电抗。由于漏磁路不存在饱和现象，为线性磁路，所以漏电抗是常数。（5）空

8、载损耗变压器空载时，二次绕组开路，所以输出功率为零，但变压器要从电源中吸取一小部分有功功率，用来补偿变压器内部的功率损耗，这部分功率转化为热能散逸出去，称为空载损耗。空载损耗包括一次绕组空载铜损耗和铁心的铁耗，它是交变磁通在铁心中引起的磁滞损耗和涡流损耗。由于空载电流很小，绕组的电阻也很小，空载铜损耗可忽略不计，故一般认为空载损耗近似等于铁耗，即：空载损耗较小，一般占额定容量的0.2%-1%。空载损耗虽然不大，但因为电力变压器在电力系统中用量很大，且常年