变压器的电路理论课件.ppt

变压器的电路理论变压器的电路理论4-1 变压器的空载运行变压器的空载运行4-2 变压器的负载运行变压器的负载运行4-3 变压器的等效电路及相量图变压器的等效电路及相量图4-4 标么值标么值4-5 空载实验和短路实验空载实验和短路实验4-6 变压器的运行特性变压器的运行特性变压器的电路理论变压器的电路理论4-1 变压器的空载运行变压器的空载运行4-2 变压器的负载运行变压器的负载运行4-3 变压器的等效电路及相量图变压器的等效电路及相量图4-4 标么值标么值4-5 空载实验和短路实验空载实验和短路实验4-6 变压器的运行特性变压器的运行特性4/28/20221山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作 本章基本要求本章基本要求1. 熟练掌握变压器的电磁关系、基本方程式、等熟练掌握变压器的电磁关系、基本方程式、等效电路2. 熟练掌握变压器的参数计算、运行特性（电压熟练掌握变压器的参数计算、运行特性（电压变化率、效率）的计算，这是变压器计算的重点变化率、效率）的计算，这是变压器计算的重点3.了解变压器的折算方法、相量图和标么值的概念了解变压器的折算方法、相量图和标么值的概念4/28/20222山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作 4-1 变压器的空载运行变压器的空载运行原原边边电电流流用用i0表表示示，副副边边电电流流i2为为零零。

空空载载运运行行比比较较简简单单，按按照照从从简简单单到到复复杂杂、由由浅浅入入深深的的认认识识规规律，律， 我们先从变压器的空载运行开始分析我们先从变压器的空载运行开始分析一、空载运行时的物理情况一、空载运行时的物理情况空载时，原绕组接到电源电压空载时，原绕组接到电源电压u1后将流过空载电流后将流过空载电流i0，电流产生相应的空载磁势，电流产生相应的空载磁势F0=i0W1，在，在F0的作用的作用下铁心内将建立磁通下铁心内将建立磁通 变压器的原绕组接在交流电源上，副绕组开路时变压器的原绕组接在交流电源上，副绕组开路时的运行就是变压器的空载运行的运行就是变压器的空载运行铁心内所建立的磁通可分为两个部分铁心内所建立的磁通可分为两个部分4/28/20223山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作 u2e2e1e1 u1i0i2=0 1 原边原边绕组绕组副边副边绕组绕组施加施加：u1i0 W1 i0 1 e1 e1e2 变压器的空载运行变压器的空载运行磁通是以闭合铁心为路径，同时匝链原、副绕组，磁通是以闭合铁心为路径，同时匝链原、副绕组，是变压器传递信号是变压器传递信号(或能量或能量)的主要因素，的主要因素， 属于工作属于工作磁通，称它为主磁通磁通，称它为主磁通；主磁通：主磁通：4/28/20224山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作 变压器的空载运行变压器的空载运行特点：磁路为非线性，起能量传递作用。

特点：磁路为非线性，起能量传递作用仅和本绕组相交链而不与另外绕组相交链，主要通仅和本绕组相交链而不与另外绕组相交链，主要通过非磁性介质过非磁性介质(空气空气)形成闭路，就称为原边绕组的形成闭路，就称为原边绕组的漏磁通漏磁通1漏磁通：漏磁通：特点：磁路为线性，不能传递能量，只起到电压降特点：磁路为线性，不能传递能量，只起到电压降的作用二、各物理量参考方向的规定二、各物理量参考方向的规定1. 在作为负载的电路里，电压的正方向取的和电流在作为负载的电路里，电压的正方向取的和电流的正方向一致，对纯电阻来说，就是正电压产生正的正方向一致，对纯电阻来说，就是正电压产生正电流4/28/20225山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作 变压器的空载运行变压器的空载运行2. 当磁通和电流有交链时，磁通当磁通和电流有交链时，磁通的正方向与电流的正方向与电流正方向符合右手螺旋法则，即正电流产生正磁通正方向符合右手螺旋法则，即正电流产生正磁通3. 在电磁感应中，若磁通的正方向和由它感应的电在电磁感应中，若磁通的正方向和由它感应的电势的正方向符合右手螺旋关系，这时电磁感应定律势的正方向符合右手螺旋关系，这时电磁感应定律的表达式是的表达式是 把把2、3条规定结合起来便得：在电流产生磁通，磁条规定结合起来便得：在电流产生磁通，磁通感应电势的情况下，电势的正方向与电流正方向通感应电势的情况下，电势的正方向与电流正方向取的一致。

取的一致上图即是按照规定的参考方向画出的各物理量的参上图即是按照规定的参考方向画出的各物理量的参考方向4/28/20226山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作 变压器的空载运行变压器的空载运行三、空载运行时的电势和电压平衡方程式三、空载运行时的电势和电压平衡方程式1. 电势表达式电势表达式根据电磁感应定律，当线圈的磁通交变时，在原副根据电磁感应定律，当线圈的磁通交变时，在原副边产生感应电动势：边产生感应电动势：e1、e2、e1分分别别表示在原副表示在原副绕组绕组内内产产生的感生的感应电动势应电动势和漏和漏电势电势设：设：4/28/20227山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作 变压器的空载运行变压器的空载运行e1和和e2的相量表达式的相量表达式从从以以上上两两式式可可以以看看出出，当当主主磁磁通通按按正正弦弦规规律律交交变变时时，它它所所产产生生的的感感应应电电势势也也按按正正弦弦规规律律交交变变， 而而且且电电势在时间相位上落后于主磁通势在时间相位上落后于主磁通 904/28/20228山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作 变压器的空载运行变压器的空载运行由于漏磁路主要经过空气隙，其磁导率由于漏磁路主要经过空气隙，其磁导率0是常数，是常数， 所以电流增大，所以电流增大， 漏磁链也成正比增加，漏磁链也成正比增加， L1为常数为常数而与电流大小无关，而与电流大小无关， 故漏感电势可以如下表示故漏感电势可以如下表示:可用相量表示，可用相量表示， 则则 若设若设漏电势可以写成电抗漏电势可以写成电抗(这里是漏抗这里是漏抗)压降的形式。

压降的形式4/28/20229山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作 变压器的空载运行变压器的空载运行2. 电势平衡方程式电势平衡方程式根据规定的各物理量的正方向，可以列出变压器根据规定的各物理量的正方向，可以列出变压器空载时的电势平衡方程式应用基尔霍夫第二定空载时的电势平衡方程式应用基尔霍夫第二定律，律， 便可列出原边的电势平衡方程式为便可列出原边的电势平衡方程式为电势平衡方程式的相量形式电势平衡方程式的相量形式式中，式中， Z1=r1+jx1为原绕组在空载时的漏阻抗为原绕组在空载时的漏阻抗4/28/202210山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作 变压器的空载运行变压器的空载运行空载时由于副边没有电流，也就不存在副边阻抗压空载时由于副边没有电流，也就不存在副边阻抗压降，降， 变压器的副边电压就等于副边电势变压器的副边电压就等于副边电势U14.44fW1m 通过分析计算和实测，得出变压器的漏阻抗压降很通过分析计算和实测，得出变压器的漏阻抗压降很小，所以在定性分析时，小，所以在定性分析时， 即使在额定状态下运行，即使在额定状态下运行， 也是也是U1E1, 故故上式说明，上式说明， 在电源频率一定时，在电源频率一定时， 铁心中主磁通的铁心中主磁通的幅值主要由电源电压有效值决定，近似成正比关系幅值主要由电源电压有效值决定，近似成正比关系; 或者说变压器的主磁通是由电源电压来控制的。

或者说变压器的主磁通是由电源电压来控制的4/28/202211山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作 变压器的空载运行变压器的空载运行3. 变压器的变比变压器的变比变压器原绕组与副绕组的感应电势之比称之为变比，变压器原绕组与副绕组的感应电势之比称之为变比， 用符号用符号k来表示，来表示， 即即上式表示的变比上式表示的变比k等于原、副绕组的匝数比等于原、副绕组的匝数比当变压器空载运行时，由于当变压器空载运行时，由于U1E1，U20=E2，因此单，因此单相变压器的变比也近似等于电压比，相变压器的变比也近似等于电压比， 即即变压器之所以可以改变电压，变压器之所以可以改变电压， 根本原因就是两个绕根本原因就是两个绕组匝数的不同组匝数的不同4/28/202212山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作 变压器的空载运行变压器的空载运行实用公式实用公式U1/U2=W1/W2，就是设计制造变压器时，就是设计制造变压器时， 实现变换电压的依据实现变换电压的依据 应当着重指出，应当着重指出， 原绕组的原绕组的匝数并不是可以任意选定的，匝数并不是可以任意选定的， 它必须符合如下式它必须符合如下式:式中，式中，U1为电源电压为电源电压(V); Bm为磁通密度的最大值为磁通密度的最大值(T)通常在采用热轧硅钢片时约取通常在采用热轧硅钢片时约取 1.11.47 T； 对冷对冷轧硅钢片约取轧硅钢片约取 1.51.7 T; S为铁心的有效截面积为铁心的有效截面积(m2)。

4/28/202213山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作 变压器的空载运行变压器的空载运行四、变压器的空载电流四、变压器的空载电流1. 大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关，用空载电流百分数及几何尺寸有关，用空载电流百分数I0%来表示：来表示：通常在电力变压器中，由于通常在电力变压器中，由于imiFe，故可近似的用，故可近似的用i0=im来分析空载电流来分析空载电流 变压器空载运行时，由空载电流建立主磁通所以变压器空载运行时，由空载电流建立主磁通所以空载电流就是励磁电流空载电流就是励磁电流空载电流分磁化电流空载电流分磁化电流im和铁耗电流和铁耗电流iFe；im起磁化作用，是空载电流的无功分量，起磁化作用，是空载电流的无功分量，iFe对应于对应于磁滞损耗和涡流损耗，是空载电流的有功分量磁滞损耗和涡流损耗，是空载电流的有功分量4/28/202214山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作 变压器的空载运行变压器的空载运行2. 磁化电流的波形：在变压器中由于磁化曲线的非线磁化电流的波形：在变压器中由于磁化曲线的非线性关系，在一定电压下，磁化电流的波形取决于铁心性关系，在一定电压下，磁化电流的波形取决于铁心的饱和程度，即取决于铁心的磁密的大小。

的饱和程度，即取决于铁心的磁密的大小当磁路不饱和时，当磁路不饱和时，im和和成正比，若磁通按正弦规律成正比，若磁通按正弦规律变化，变化，im也按正弦规律变化；也按正弦规律变化； 当磁路开始饱和时，当磁路开始饱和时，im和和的关系成了非线性的，的关系成了非线性的，im的增加比的增加比的增加来得快（由磁化曲线知）；的增加来得快（由磁化曲线知）； 当当u1为正弦波时，和他平衡的电势为正弦波时，和他平衡的电势e1以及产生该电以及产生该电势的磁通势的磁通也应是正弦波，所以磁化电流的波形变也应是正弦波，所以磁化电流的波形变成尖顶波，见下图饱和程度越高，磁化电流的波成尖顶波，见下图饱和程度越高，磁化电流的波形畸变的越厉害形畸变的越厉害4/28/202215山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作 变压器的空载运行变压器的空载运行 w wt w wtimw wt1o oo oo ow wt2w wt3im1im3w wt1w wt2w wt3im由于电流为尖顶波，所由于电流为尖顶波，所以可分解为基波和一系以可分解为基波和一系列奇次谐波分量，以三列奇次谐波分量，以三次谐波最大次谐波最大4/28/202216山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作 变压器的空载运行变压器的空载运行在变压器中为了建立正弦波的主磁通，由于导磁材在变压器中为了建立正弦波的主磁通，由于导磁材料磁化曲线的非线性关系，空载电流中必须包含三料磁化曲线的非线性关系，空载电流中必。