变压器空载和负载运行分析ppt课件

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电机学变压器的运行原理(空载、负载、数学模型)

第8章变压器
28
2、T型等效电路 T型等效电路的形成过程，见下图。
I&1 R1
X 1
R2
I&0
Rm
U&1
E&2 E&1E&2 E&1
E&2
Xm
X 2 I&2
U&2
Z L
T型等效电路的形成过程
第8章变压器
29
Γ型等效电路
对于电力变压器，一般 I1NZ1＜0.08U1N，且 I1NZ1 与 -E1是相量相加，因此可将励磁支路前移与电源并联，得到Γ型等效电路。
1、空载电流的波形
电网电压为正弦波，铁心中主磁通亦为正弦波。若铁心不饱和（Bm < 1.3T），空载电流 i0 也是正弦波。
电力变压器，Bm= 1.4T ～1.73T，铁心都是饱和的。其励磁电流呈尖顶波，除基波外，还有较强的三次谐波和其它高次谐波。
第8章变压器
11
2、空载电流与主磁通的相量关系
问题：一般电力变压器的变比 k 较大，一、二次侧的电压、电流差别
很大，计算不便，画相
量图更加困难。因此，
下面介绍分析变压器的一个重要方法——等效电路、折算。
第8章变压器
19
四、绕组归算(折算)及数学模型
所谓把二次侧折算到一次侧，就是用一个匝数为N1 的等效绕组，去替代变压器匝数为N2二次侧绕组，折算后的变压器变比 N1/ N1=1 。
第8章变压器
30
4、简化等效电路和相量图
对于电力变压器，由于 I0＜0.03I1N，故在分析变压器满载及负载电流较大时，可以近似地认为 I0＝0，将励磁支路断开,等效电路进一步简化成一个串联阻抗，如图所示。

变压器的空载运行及负载运行

N1I0 N1 I0 N1 I1L N2 I2
N1 I1L - N2 I2
其中I1L远远大于I0，大部分用来抵抗副边电流引起的磁通量变化。
当负载运行时可认为I1L=I1。
I1
I2 k
或 I1 I2
1 k
N2 N1
k为变压器变比
一、二次电流比近似与匝数成反比。可见匝数不同，不仅能改变电压，同时也能改变电流。
产业信息
中国变压器设备-尤其是特种变压器-已走向世界成为“中国制造” 品牌
谢谢聆听
P0 = PFe + Pcu ≈ PFe
铁损耗分量
铁损耗分量：符号为I10P，供给铁磁材料铁损（磁滞和涡流损耗），为有功分量
Part 2 空载运行分析
思考
如果误将变压器高低压侧接反，会发生什么异常现象？
变压器低压侧如果接到高压电源上，则铁心主磁通Φm会增加，磁路饱和程度增加，因而励磁电流I0大大增加，有可能烧毁线圈（励磁电流随磁路饱和程度增加而急剧增大）
单相变压器空载运行示意图
Part 2 空载运行分析
空载电流的作用与组成
I10 I10Q I10P
励磁分量
励磁分量：符号为I10Q，用来建立主磁通，相位与主磁通相同，为无功分量
变压器空载运行时，只从电源吸收少量有功功率P0，用来供给铁心中铁损PFe和少量绕组铜损Pcu=R1I102 （可忽略不计）。容量越大，空载功率P0越小
Part 3 变压器的负载运行
变压器作用通过对变压器负载运行的分析，可以清楚地看出变压器具有变电压、变电流、变阻抗的作用。
• 变换电压 U1/U2≈E1/E2=k=N1/N2
• 变换电流 I1/I2≈N2/N1=1/k

变压器第2次课(空载与负载运行)

I Z I Z I Z U1 E 1 0 1 0 m 0 1 (r jX ) I (r jX ) I
0 1 1 0 m m
(3-16)
根据式 (3-16) 可画出对应的电路 , 如
图3-11 所示。
3.2.5 空载运行时的相量图 ①以 m 为参考相量
U1N/U2N=380V/220V,r1=0.14Ω ,r2=0.035Ω ， X1=0.22Ω , X2=0.055Ω , rm=30Ω ,Xm=310Ω 。一次侧加额定频率的额定电压并保持不变,二次侧接负载阻抗ZL=(4+j3) Ω 。试用简化等效电路计算：
(3-11)
在电力变压器中 , 由于 Iμ 》IFe, 当忽略 IFe 时,I0≈Iμ ,因此把空载电流近似称为励磁电流。空载电流越小越好 , 一般电力变压器 ,I0=2%～ 10%,
容量越大,I0相对越小,大型变压器I0在1％以下。
2. 空载损耗变压器空载运行时 , 空载损耗p0 主要包括铁心损耗

同理
dΦ e2 N 2 2fN 2 m sin t 90 E2 m sin t 90 dt
e2也按正弦规律变化,但e1、e2滞后于Φ90°,且感应电动势的有效值为结论1

（3-7）由上式可知,当主磁通Φ按正弦规律变化时,电动势e1、
E1m m N1 2fN1 m E1 4.44 fN1 m 2 2 2
路的电磁效应,X1=ω L1σ 由于漏磁通的路径是非铁磁性物质,磁路不会饱和, 是线性磁路 , 因此对已制成的变压器 , 漏电感Ｌ 1σ 为常数,当频率f一定时,漏电抗X1也是常数。

变压器空载运行

06
变压器空载运行的未来发展
提高变压器的效率
优化变压器设计
通过改进变压器结构设计、选择更优质的材料和采用先进的制造工艺，减少变压器的损耗和提升其效率。
高效变压器产品的研发
研发出更高效、更节能的变压器，以满足电力传输和分配的更高要求。
提高变压器的可靠性
增强变压器保护措施
通过增加变压器保护装置，如过载保护、短路保护和过电压保护等，提高变压器的运行可靠性。
02
变压器空载运行与负载运行
变压器空载运行与负载运行的比较
空载运行指变压器二次侧开路，一次侧通过励磁电流维持磁场，不向外部输送功率；负载运行指变压器二次侧有负载，通过传输电能向外部输送功率。
空载运行时，变压器铁损（铁芯涡流损耗和磁滞损耗）和铜损（线圈电阻损耗）为主要损耗；负载运行时，变压器传输的功率和铜损为主要损耗。
05
变压器空载运行的安全措施
安装和操作安全要求
确保变压器安装牢固、可靠，避免出现晃动或位移。
在操作过程中，应穿戴适当的个人防护装备，如绝缘手套ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ护目镜。
保持操作现场整洁，避免杂物和人员走动，以免影响操作安全。
维护和检修安全要求
制定详细的维护和检修计划，并按照计划进行实施。
在维护和检修前，必须了解变压器的结构和工作原理，并遵循相关的安全规定。
绝缘电阻异常处理
如果测量结果异常，需要进一步检查变压器的内部结构和绕组情况，确定故障位置并进行维修或更换。
听变压器的声响
正常声响的判断
正常运行中的变压器会发出嗡嗡声，这是由于磁场作用在铁芯和绕组上产生的振动所引起的。如果变压器的声响过大或者存在其他异常声响，可能是故障的征兆。

变压器的运行特性(精)ppt课件

16
基本铜耗：原、副边绕组中电流引起的直流电阻的损耗。
附加铜耗：导体在交变漏磁场作用下引起集肤效应，有效电阻增大而增加的铜耗。
9
基本铁耗：铁心中的磁滞和涡流损耗。附加铁耗：结构件中的涡流损耗
额定电压下，磁密基本不变，
总损耗：
10
11
3.效率 (1)公式
假定a b
不变：
12
pKN:额定电流时的额定短路损耗 ,
2-5 变压器的运行特性
变压器的运行特性主要有外特性 (副边电压变化率 ) 和效率 1.外特性
当原绕组外施电压和负载功率因数不变时，副边端电压随负载电流变化的规律。 U2＝f (I2)
2. 效率特性当原绕组外施电压和副绕组的负载功率因数不变
时，变压器效率随负载电流变化的规律。 n＝f(I2).
则
，
o
c
n
a bd m
4
OR：
意义：(1) 越大， u越大 (2) 一定时， u受短路阻抗得影响
5
(4)a.纯电阻负载:
(
)
b 、.纯电感负载: 电压
c 、容性负载:且
小，故而 u小说明由空载负载时，副边
则
空载负载时，副边电压
可以看出：
感性负载时， 02>0， U为正；容性负载， 02<0， U可正可负。实际运行中一般是感性负载，端电压下降5~8%。6
1
一、变压器的电压变化率和外特性
(1)电压变化率：外施电压为额定值，负载功率因数为给定值时，付方空载电压与负载时电压算术差与付方额定电压得比值。
原边由简化电路得
副边cos 2一定
2
(2)负载系数输出电流标么值。 (简化电路)

变压器的空载运行

导致绝缘损坏和设备故障。
未来发展趋势预测
第一季度
第二季度
第三季度
第四季度
高效节能技术
随着能源短缺和环保意识的提高，高效节能技术将成为变压器空载运行领域的重要发展方向。例如，采用非晶合金铁芯、优化线圈设计等，以降低空载损耗。
智能化监控与管理
借助物联网、大数据等先进技术，实现对变压器空载运行的实时监控与智能管理。通过数据分析，及时发现潜在问题并采取相应的优化措
变压器的空载运行
汇报人：XX
contents
目录
• 变压器基本原理与结构 • 空载运行特性分析 • 空载运行对变压器影响 • 空载运行优化措施探讨 • 实验研究及案例分析 • 总结与展望
01
变压器基本原理与结
变压器的工作原理基于电磁感应，当原边绕组施加交流电压时，会在铁芯中产生交变磁通，从而在副边绕组中感应出电动势。
电压变换原理
电流变换原理
根据磁动势平衡原理，原、副边电流与匝数成反比，从而实现电流的变换。
通过改变原、副边绕组的匝数比，可以实现电压的升高或降低。
变压器主要结构组成
01
02
03
04
铁芯
铁芯是变压器的磁路部分，一般采用硅钢片叠装而成，以减
少涡流和磁滞损耗。
绕组
绕组是变压器的电路部分，由原边绕组和副边绕组组成，一般采用绝缘铜线或铝线绕制。
空载电压波形畸变现象
波形畸变原因
变压器空载运行时，由于铁芯的非线性磁化特性，使得磁通与励磁电流之间呈现非线性关系，从而导致空载电压波形发生畸变。
波形畸变影响
空载电压波形畸变会使得电压波形中的谐波成分增加，对电网和用电设备产生不良影响，如增加电网的谐波污染、降低用电设备的运行效率等。

变压器PPT课件

U1 I0 Z1 (E1 )
I0
E1
rm
xm
I0
r1
U1
x1 rm
E1
xm
§2－2 变压器的负载运行
变压器原边接在电源上，副边接上负载的运行情况，称为负载运行。
i1 E
~
i2
•
E 2
电路、磁路的工作情况：
I1
F1
Fm
E1
原边的电势平衡
I2
F2
E2 副边的电势平衡
§2－2 变压器的负载运行磁势平衡方程式
磁滞损耗（
空载损耗p0
铁耗p
Fe
涡流损耗（
附加损耗（
约占p0的80% ~ 85%）约占p0的5% ~ 以下）约占p0的10% ~ 15%）
铜耗pc u
I
2 0
r1
,
约占p0的2%
p0 U1I Fe U1 (I 0 sin m) U1I 0 cos(90 m )
U1I 0 cos0
折算法:把二次绕组的匝数用一个假想的绕组替代,这个假想绕组的磁势和消耗功率与原来绕组一样,从而对一次侧绕组的影响不变.这种保持磁势不变而假想改变它的匝数与电流的方法，称折算法。
参数折算的原则是等效。参数在折算前后必须保持作用的
磁势相等，传递能量（包括有功和无功）相等,一次侧所有
参数不变。根据需要,同样可把一次
§2－1 变压器空载运行空载电流(忽略空载损耗)
空载运行时，原边绕组中流过的电流，
称为空载电流i0 。
空载电流I 0
建立空载运行时的磁场 I 主要部分引起铁损耗 I FE
变压器中磁性材料的磁化曲线为非线性，在一定电压下，空载电流大小、波形取决于饱和度。

第三章变压器的基本运行原理

ｅ1的有效值为： E1 E1m / 2 N1m / 2 2 fN1m 2 即 E1 4.44 fN1m 式（3-3）
E1 j 4.44 fN1 m

式（3-6）
11
（2）由主磁通φ将在二次磁绕组上产生的感应电势
d e2 N 2 N 2m cos t dt
19
（3）空载运行时铁耗较铜耗大很多，所以励磁电阻较一次绕组的电阻大很多；由于主磁通也远大于一次绕组的漏磁通，所以励磁阻抗远大于漏电抗。则在对变压器分析时，可以忽略一次绕组的阻抗。（4）从等效电路可知，空载励磁电流的大小主要取决于励磁阻抗。从变压器运行的角度，希望其励磁电流小一些，所以要求采用高磁导率的铁心材料，以增大励磁阻抗。励磁电流减小，可提高变压器的效率和功率因数。

图3-6 变压器空载运行时的相量图
可得U1的正方向。注意：一次绕组电阻压降i０rl与i0同相位，一次漏抗压降i0x１σ（此项实际很小，夸大以便作图）超前i090°；
21
？例3-1 一台三相变压器（还没讲到）
22
第二节
变压器的负载运行
变压器一次绕组接交流电源，二次绕组接有负载的运行方式，为变压器的负载运行方式。如图3-7所示（可与图3-1空载运行示意图对比看一看）。
式（3-22）
式中，i1L= -i2/K 被称为一次侧绕组励磁电流的负载分量，其大小随负载变化而变化。显然，空载时，一次侧的电流i１=i0 ，负载时，一次侧的电流i１＞i0 。
25
*讨论：变压器空载时，二次绕组电流为零，二次侧输出功率为零；一次绕组电流为空载电流很小，变压器从电源吸收很小的功率提供空载损耗。负载时，二次侧电流不为零，有功率输出，一次电流发生变化，在一、二次侧电压基本一定时，如果二次绕组电流增大，表明二次输出功率增大，则一次电流也增大，变压器从电源吸收的功率增加。一、二次绕组之间没有电的直接联系，但由于两个绕组共用一个磁路，共同交链一个主磁通，借助于主磁通的变化，通过电磁感应作用，实现了一、二次绕组间的电压变换和功率传递。

变压器的空载及负载试验

e 换算至75℃阻抗压降%：
U K 750 C %
U
2 K

( PK 10S
e
)
2
(
K
2 Q
1)
(3.86)2 (2902.5)2 (1.2552 1) 2000
14.899 2.106 0.57 16.11 4.01
13
u K % (U K U N ) 100
变压器的短路电压百分数和短路阻抗百分数是相等的，并且其有功分量和无功分量也对应相等。
进行负载试验的目的是：计算和确定变压器有无可能与其它变压器并联运行；计算和试验变压器短路时的热稳定和动稳定；计算变压器的效率；计算变压器二次侧电压由于负载改变而产生的变化。
（3）温度系数(Q—试验时器温度铜T=235 铝T=225)：
KQ

T 75 T Q
（4）换算至75℃下负载损耗： PK 750 C K Q PK
（5）换算至75℃下阻抗压降：
U K 750 C %
U
2 K

( PK 10Se
)2 (KQ2
1)
8
第四节电力变压器的短路和空载试验
1、变压器空载试验和负载试验的目的和意义
变压器的损耗是变压器的重要性能参数，一方面表示变压器在运行过程中的效率，另一方面表明变压器在设计制造的性能是否满足要求。变压器空载损耗和空载电流测量、负载损耗和短路阻抗测量都是变压器的诊断性试验。
2
第四节电力变压器的短路和空载试验
进行空载试验的目的是：测量变压器的空载损耗和空载电流；验证变压器铁心的设计计算、工艺制造是否满足技术条件和标准的要求；检查变压器铁心是否存在缺陷，如局部过热，局部绝缘不良等。变压器的空载试验就是从变压器任一组线圈施加额定电压，其它线圈开路的情况下，测量变压器的空载损耗和空载电流。空载电流用它与额定电流的百分数表示，即：

《变压器的基本原》PPT课件_OK

可达到变换输出电压 u2 或 i2 大小的目的，这就是变
压器利用电磁感应原理，将一种电压等级的交流电源
转换成同频率的另一种电压等级的交流电源的基本工
作原理。
5
三、变压器的分类按用途分：电力变压器和特种变压器。按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。按铁心结构分：芯式变压器和壳式变压器。按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器。
37
u1
i1 Ni=F
F=
F1 +
Rm
Rm=
1
l/
S
e1
- 楞次定律
e1 e=-Nd e2
/dt
u2 i2
F2
2 e2
变压器负载运行物理流程图
38
二、基本方程式
1.磁动势平衡方程式
负载运行时，有 I2 ,
•
U
i1 u1 e1
Φ N1 N2
Q i2
e2
u2
ZL
图5-1 变压器的工作原理图 3
按图中标明的变量关系，变压器的电动势平衡
方程可写成
dΦ u1 e1 N1 dt
u2
e2
N2
dΦ dt
假定变压器两边绕组的电压和电动势的瞬时值都按正弦规律变化，由上两式可得一次、二次绕组中电压和电动势的有效值与匝数的关系为
上式变成：
•
•
U1 E1
在副方，由于电流为零，则副方的感应电动势等于副方的空载电压，即：
•
•
U 20 E2
28

变压器空载运行分析

形式，这样，在变压器负载后当原、副边电流为I1及 I2时，原、副边漏感电势可如下表示:
E1 E2
jI1X1 jI2 X 2
(4 - 17)
在使用变压器时，必须注意变压器的原绕组所接
电源电压要和额定电压相同。这可由图 4 - 7 所示的磁
化曲线来说明，图中Φmn为对应于U1N时的主磁通Φ的幅值，若Φ小于Φmn时，磁化曲线近似为线性；超过Φmn 时， Φ将趋向饱和，若再增加Φ，即增加U1，则变压器空载电流I0就会急剧增加，若超过不允许的电流值，即使变压器不带负载，变压器也会因此而损坏。
图 4 - 6 变压器空载运行时的物理模型图
据电磁感应定律，交变的主磁通Φ分别在原、副
绕组中感应出电势e1和e2; 漏磁通Φ1σ只能在原绕组中感应电势(也被称为漏感电势) e1σ。在图 4 - 6 所规定的正方向下，原、副绕组的感应电势可用下列方程式表示：
e1
d1
dt
W1
d
dt
e2
衡方程式，漏感电势 E1如何表示呢? 以下作简单推导。因为电流通过绕组产生的磁链等于电流和该绕组电感
的乘积，即ψ=iL，因此变压器原边漏磁链可表示为
ψ1σ=i0L1σ
(4 - 13)
式中， L1σ是原绕组的漏电感。由于漏磁路主要经过空气，而且空气比铁心的磁阻大得多，其磁导率μ0 是常数，所以电流增大，漏磁链也成正比增加， L1σ 为常数而与电流大小无关，故漏感电势可以如下表示:
3 电势平衡方程式
按照图 4 - 6 所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。注意到， “电路”
上的正方向可以任意假定，而“电机”中是按惯例规