电气工程教案-变压器的空载原理.docVIP

变压器的运行原理 7.1 变压器的空载运行 变压器空载运行是指变压器原边绕组接额定电压、额定频率的交流电源，副边绕组开路时的运行状态。 变压器空载运行时的示意图 正方向的规定 ?1、在负载支路，电流的正方向与电压降的正方向一致；而在电源支路，电流的正方向与电动势的正方向一致。 ?2、磁通的正方向与产生它的电流的正方向符合右手螺旋定则； ?3、感应电动势的正方向与产生它的磁通的正方向符合右手螺旋定则 空载时各物理量产生的因果关系 当原绕组接上电源后，绕组中便有很小的电流流过，称为空载电流，在原绕组中产生交变磁动势，并建立起交变磁通。该磁通可分为两部分：一部分沿铁心闭合，同时交链原、副绕组，称为主磁通，是传递能量的媒介；另一部分只交链原绕组、经原绕组附近的空间闭合，称为原绕组的漏磁通。由于铁心的磁导率远比铁心外非铁磁材料的磁导率大，故总磁通中的绝大部分是主磁通，而漏磁通只占总磁通的一小部分。主磁通和漏磁通都是交变磁通。根据电磁感应定律，将在原、副绕组中感应电动势、，将在原绕组中感应电动势。此外，空载电流还在原绕组中产生很小的电阻压降，变压器空载时各物理量产生的因果关系为 电势与磁通的大小和相位关系 设主磁通按正弦规律变化，即 (2.1) 根据电磁感应定律，原绕组的感应电势的瞬时值为 则原绕组感应电势的有效值为 (2.2) 相量关系为 (2.3) 同理可得 (2.4) (2.5) 所以，变压器原、副绕组的感应电势大小与磁通成正比，与各自的匝数成正比，感应电势在相位上滞后磁通90°。 2.1.3 原边漏电抗和激磁电抗 （1）原边漏电抗 由于空载电流与原边漏电势有如下因果关系： 漏磁路不饱和，所以与为成正比关系，且滞后90°。为了计算，可引入原边漏电抗。 令原边漏电抗 则相量关系为 (2.6) 由于漏磁路不饱和，为常数。称为原边漏阻抗。 （2）激磁阻抗 由于空载电流与原边电势有如下因果关系： 因铁磁材料的饱和性，与为非线性关系，在建立主磁通时会产生铁耗。为了计算，可引入激磁阻抗。 令激磁阻抗 则相量关系为 (2.7) 式中——激磁电阻，在产生的损耗等于铁耗，即。 ——激磁电抗，消耗的无功用于建立主磁通。 和随磁路饱和程度的增加而减小，但通常变压器外加电压是一定的，在正常运行范围内，主磁通基本不变，磁路的饱和程度也基本不变，因而，和可近似看作常数。 2.1.4 原副边回路方程和等效电路 （1）电动势平衡方程 变压器空载运行时，各物理量的正方向通常按图2.1标定，根据基尔霍夫电压定律，原边回路方程为 (2.8) 对于电力变压器，空载时原绕组的漏阻抗压降很小，其数值不超过的0.2%，将忽略，则有 (2.9) 副边回路方程 (2.10) （2）空载时的等效电路 由变压器原边回路方程可知，空载运行的变压器可以看作与的串联，如图2.2图2.2 变压器空载时的等效电路所示。 图2.2 变压器空载时的等效电路 其中。空载时电路功率因数都很小，空载电流主要是无功性质，由于铁磁材料的磁饱和性，引起空载电流的波形是尖顶波。从变压器运行的角度看，希望空载电流越小越好，因此变压器采用高导磁率的铁磁材料，以增大，减少。变压器空载时既吸收无功功率，也吸收有功功率，无功功率主要用于建立主磁通，有功功率主要用于铁耗。