第02章变压器的运行分析(2)—负载运行
2.2变压器的负载运行
1、变压器带负载运行时,当负载增大(不考虑漏抗压降),则一次电流将,空载电流。
2、变压器带负载运行,当负载增大,则其铜损耗,铁损耗。
3、变压器由空载到满载,下列各物理量将如何变化(忽略漏抗压降),,,,。
4、变压器一次侧接额定电压,二次侧接纯电阻性负载,则从一次侧输入的功率。
(A)只含有有功功率;(B)只含有感性无功功率;(C)既含有有功功率又含有感性无功功率;(D)既含有有功功率又含有容性无功功率。
5、变压器负载时,一次磁动势为,一次漏磁通为,一次漏抗为;变压器空载时,一次磁动势为,一次漏磁通为,一次漏抗为,它们的关系是。
(A);(B);(C);(D)。
6、变压器负载()增加时,从理论上讲,其主磁通。
(A)稍增大;(B)稍减小;(C)增大很多;(D)减小很多。
7、电源电压一定时,试分析当变压器负载()增加时,如何变化?8、电源电压降低对变压器铁心饱和程度,励磁电流,励磁阻抗,铁耗和铜耗等有何影响?9、简述变压器空载和负载时,励磁磁动势有何不同?10、画出变压器的“T”形、近似和简化等效电路。
11、画出变压器简化等效电路和简化向量图。
12、画出变压器短路时的等效电路,并画出与之对应的向量图。
1、增大不变2、增大不变3、不变不变不变增大4、(C)5、(B)6、(B)7、答:降低。
由外特性曲线知,随负载电流()增大而下降。
增大。
负载越大,越大,由磁动势平衡方程式知,就越大。
不变。
大小与负载大小基本无关。
不变。
因电源电压不变,磁路饱和情况不变,故不变。
不变。
因漏磁路不饱和,。
8、答:铁心饱和程度降低。
,降低,减少,故饱和程度降低。
励磁电流减少。
由磁化曲线知,励磁电流随磁通减少而减少。
励磁阻抗增大。
励磁阻抗随饱和程度下降而增大。
铜耗减小。
电压降低,,减小,故铜耗减小。
铁耗减小。
,故铁耗减小。
9、答:,空载时I2=0,,所以空载时励磁磁动势仅为一次空载磁动势。
负载时,,励磁磁动势为一、二次的合成磁动势。
10、省略。
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
变压器的运行分析资料
1 I1 I 2 k
2. 负载时二次电压、电流的关系
A
I0
E E 1 s1
m
I 2
s 2
a
U 2
U 1
X
s1
N1
E E 2 s2
ZL
N2
x
二次回路的电压方程为
U2 E2 Es 2 I2 R2
Es 2 jI 2 X 2
U2 E2 I2 (R2 jX 2 ) E2 I 2 Z2
F0 N1I0
m
E1
E2 U 20
1.主磁通、漏磁通
U 1
A
I0
E E 1 s1
m
a
s1
N1 N2
E 2
U 20
X
x
主磁通:沿铁心闭合,同时与一、二次绕组相交链的磁通, 其幅值用m表示。
漏磁通:主要以空气或变压器油等非铁磁材料构成回路, 仅与一次绕组相交链的磁通称为一次绕组的漏磁通,其幅 值用s1 表示。 主磁通和漏磁通的区别:
N1I0
F 1F 2 F 0
或 用电流形式表示为
N1I1 N2 I2 N1I0
N2 I1 I2 I0 N1 N2 1 I1 I 0 I 2 I 0 I 2 I 0 I1L k N1
N2 1 I1 I 0 I 2 I 0 I 2 I 0 I1L k N1 N1 式中, k 为变压器变比; N2
磁化电流图解法
t
0
i0
t i0
i0
i03
i01
•当主磁通为正弦波时,由于磁路饱和, 励磁电流为尖顶波。
第二章 (2)变压器的运行分析
U 2Nφ I 2Nφ
* 相应的原、副绕组漏阻抗的标么值为: Z1 =
Z I ⋅Z Z1 I ⋅Z * = 1N 1 , Z 2 = 2 = 2N 2 Z 2N U 2N Z2N U1N
3.标么值的优点 1)便于对不同容量变压器进行比较 2)采用标么值,原副边各物理量不需要进行归算了。因为归算前后,标么值相等。 3)采用标么值更能说明问题的实质 4) U K =
0.8 感性时。 Δu % ~5%(额定负载所以一般电力变压器在 5%里头以便调剂。
∗ U2
cos(-ϕ2 )=0.8
cosϕ2 = 1 cos ϕ 2 =0.8
∗ I2
3
图 2-19 电压调整曲线
2.变压器的损耗与效率
负载损耗 PCu = I 2 2 rk = (
2 2 铁耗 PFe ∝ β m ∝ U1
5
图 2-17 变压器空载实验接线图
' = Zm
U10ϕ I10ϕ
k =
U 20 ϕ U 10 ϕ
380 = 220
3 3
' Zm = k 2Zm
P0 r =
' m
3 2 I10
低压侧
高压侧
' rm = k 2 rm
' '2 '2 xm = Zm − rm
' xm = k 2 xm
2. 短路实验 过程:高压侧接电源,低压侧短路,从零逐步增加外施电压,当短路电流达额定电流时,记录短 路电压、电流与功率 必须注意:由于变压器阻抗很小,外施电压要比额定电压低得多;试验应尽快进行,以免绕组发 热使电阻值发生变化。
η max = (1 −
2P0 P0 ⋅ SN COSϕ2 + 2P0 PKN
2-变压器负载运行
的大小
与空载运行时相比,负载时一次绕组的电流变化了,电源电压
不变,严格说来,负载时的
•
E
与空载时的不同。但在电力变压
1
器仍的然设还计是I中1N Z1I•0很U1小.仍,即存使在在U1额 E定1 由负载E1下 4运.44行fN1,I1Nm
比I0 大很多倍, 看出,空载、负
载与表运示空行。载,时其的主在磁数通值• m上的差数不值多差,仍别可很以小用,即同负一载个时符的号励I•磁0 N磁1或动势F• 0
因
,可认为 Zm
Z
' 2
Z
' L
无限Zm大而断开,于是等效电路变成了“一”型,
称为简化等效电路。如图:
单相变压器的负载运行
b.电压平衡方程式:
•
•
•
•
•
•
•
•
U1
I1
Z1
I 1 Z2'
U
' 2
I1
Z1
Z
' 2
U
' 2
I1 Zk
U
' 2
•
•
I1
I
' 2
•
•
U
' 2
Z
' L
单相变压器的负载运行
b.变压器接感性负载的相量图2-12a图:
单相变压器的负载运行
※相量图的绘制过程: 根据给定的条件不同,画法不同,但都是电压方程式 的相量图表示。
如给定U2, I2,cos2, k 及各参数,画图步骤为:
(((((((1234567)))))))根画在画画画E•1 据出出出出U•2'EU超•I2•'的•20' IE••前21相和E,•1,E量•910它/加I上Z•2的' m与,上,,主I其•I•1加画磁0R夹1上出通的,I角•2'U•相R•1再m为2' I量•,0加;和再上,2为加。它j上II••超11XjI•1;2前'得X2'到得•一m 出U•个1E•。2'铁耗;角;
第2章 变压器的工作原理和运行分析
SN SN ,I 2 N 3U 1 N 3U 2 N
注意!对于三相系统,额定值都是指线间值。
第二节 变压器空载运行
空载:一次侧绕组接到电源,二次侧绕组开路。 一、电磁现象
u1
Φm
i0
Φ 1σ
e1 e1σ
N1
N2
e2
u20
i
二、参考方向的规定
e
i i
e
e
三、变压原理、电压变比
对于变压器的原边回路,根据电路理论有:
u1 i0 r1 e1 e1
空载时 i0r1 和 e1σ 都很小,如略去不 计,则 u1 = - e1 。设外加电压 u1 按 正弦规律变化,则 e1 、Φ 和e2 也都 按正弦规律变化。 设主磁通 m sin t ,则:
u1
Φm
u1
Φm
e1
e2
ωt 0 180° 360°
现在的问题是,要产生上述大小的主磁通 Φm ,需 要多大(什么样)的激磁电流 Im ?
励磁电流的大小和波形受磁路饱和、磁滞及涡 流的影响。
1、磁路饱和对励磁电流的影响
mm mm
i0 tt
00
i0i0 tt
00
i0 i0
tt
tt
磁路不饱和时,i0 ∝φ,其波形为正弦波。
磁路饱和时,i0与φ 不成线性关系,φ越大,磁路 越饱和,i0/φ比值越大,励磁电流的波形为尖顶波。
六、漏抗 漏电势的电路模型与励磁特性的电路模型类似, 只是漏磁通所经路径主要为空气,磁阻大,磁通量 小,磁路不饱和,因此可以忽略漏磁路的铁耗,即 漏电势的电路模型中的等效电阻为零,即漏电势
电机学:变压器第二章 变压器的运行分析03
m
E2 j4.44
fN2
m
E2 j4.44
fN1
由于归算前后主磁场不变,所以
E2
E2
j4.44 fN1 j4.44 fN2
E2
N1 N2
E2
kE2
即归算后的副边电动势比实际电动势放大了k倍。
变压器的运行分析
2. 副边电流的归算值
实际变压器副边磁动势 I2 N2 假想变压器副边磁动势 I2 N1
)2
X2
k2X2
U 2
E2
I2 (R2
jX 2 )
kE2
I2 k
(k 2 R2
jk 2 X 2 )
k E2 I2 (R2 jX 2 ) kU 2
即副边电压与电动势有同样的归算关系。
变压器的运行分析
6. 负载阻抗的归算值
Z L
U 2 I2
kU 2 I2 / k
k 2 U 2 I2
k 2ZL
即负载阻抗的归算值与漏阻抗有同样的归算关系。
当把副边各物理量归算到原边时,凡 是单位为伏的物理量(电动势、电压等) 的归算值等于其原来的数值乘以k;凡是 单位为欧姆的物理量(电阻、电抗、阻抗 等)的归算值等于其原来的数值乘以k2; 电流的归算值等于原来数值乘以1/k 。
折合或归算
折合算法是一种等效处理方法,并不改变 变压器的电磁关系,因此也不会改变其功 率平衡关系。
样,励磁电流I0 、电动势E1与E2、励磁电 阻Rm与励磁电抗Xm都基本不变,漏阻抗 Z1、Z2也是常数,因此,一、二次 电流的大小就取决于负载阻抗ZL 。
折合算法
E1 E 2
k
I1
I2 k
I0
一次、二次绕组的之间 存在变比;
第二章 变压器的运行分析
A
& U1 X
& & Eσ 2 = − jI 2 x2
I&1
& & F1 = I1w1
& Φσ 2
& E2
ZL
& Φσ 1
& & Fm = I m w1
& Eσ 1
& E1
& Φm
& E2
I& 2
& & F2 = I 2 w2
& Φσ 2
& Eσ 2
A & U1
r1 & Io
jx1
rm & E1 jxm
X
16
§2-2 变压器的负载运行 一、基本方程式 & I1 1、 磁动势分析 、
A
& Φ
& Φσ 1 & I2 a & U2 x ZL
& & & F1 + F 2 = Fm
& U1 X
& E1
& Φσ 2
& & & I 1 w1 + I 2 w2 = I m w1
′ Z2 = k 2Z2
&′ & &′ ′ U 2 = E 2′ − I 2 ( r2′ + jx2 ) & I2 2 & = kE2 − ( k r2 + jk 2 x2 ) k & & & = k E2 − I 2 ( r2 + jx2 ) = kU 2
第二章 变压器的运行原理与运行分析2.1-2.4
Fe
Φ m
x I0 , jI (4) r1 0 1
(5) U 1
E 2 E 1
第一篇 变压器
空载运行小结
(1)一次侧主电动势与漏阻抗压降总是与外施电压平衡,若忽 略漏阻抗压降,则一次主电势的大小由外施电压决定. (2)主磁通大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定, 与磁路所用的材质及几何尺寸基本无关。 (3)空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关,铁 心所用材料的导磁性能越好,空载电流越小。 (4)电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的电流的比 值,线性磁路中,电抗为常数,非线性电路中,电抗的大小随 磁路的饱和而减小。
U 1 E1 N 1 Ku K U 2 E2 N 2
U2=E2=4.44fN2Ф m
变压比,简称变比
第一篇 变压器
以向量表示:
E1 j 4.44 fN1 m
E2 j 4.44 fN2 m
E1 与 E2 在相位上比磁通 落后90
漏磁通:
E 1 = N1 1m 2 4.44 fN1 1m 或
第一篇 变压器
5、变比
定义
E1 N1 U1 U1 N k E2 N 2 U 20 U 2 N
对三相变压器,变比为一、二次侧的相电动势之比,近似 为额定相电压之比,具体为 Y,d接线 D,y接线
k U1 N 3 U2N
3 U1 N k U2N
第一篇 变压器
6、空载损耗
变压器空载时一次侧从 电源吸收少量有功功率 P0 , 供给铁损 2 耗PFe 和绕组铜损耗 I0 R1。 由于I 0和R1均很小, 所以P0 PFe, 即空载损耗近似为铁损 耗。
变压器空载和负载运行分析
变压器空载和负载运行分析变压器是电力系统中常见的电力设备,其主要功能是变换电压、降低电压损耗和实现电能的输送。
变压器的运行可以分为空载和负载运行两种情况。
本文将分析变压器在空载和负载运行时的工作过程和性能特点。
在变压器的空载运行情况下,输入端未接负荷,仅有激磁电流通过变压器的原、副侧线圈。
此时,虽然变压器未传递电能,但仍会有一些损耗,包括铁损耗和空载电流的铜损耗。
1.铁损耗铁损耗也称为铁心损耗,是电力变压器在正常运行状态下,通过变压器铁心的磁通密度发生周期性变化时引起的,它是由于铁芯材料具有磁滞和涡流损耗等原因造成的。
空载运行时,变压器主要发生铁损耗,该损耗与变压器的工频电压和负载情况无关。
2.空载电流的铜损耗空载电流的铜损耗是指在变压器的输出端未接负荷时,变压器中的电流仅仅通过主、副线圈产生的电阻,从而产生的损耗。
由于此时通过变压器的电流较小,所以该损耗相对较小。
3.空载功率因数和绕组电流空载运行时,变压器的输出功率为零,功率因数接近于零。
变压器绕组的电流主要由激磁电流组成,即通过变压器的输入端电流。
在变压器的负载运行情况下,输入端连接有一定负荷,变压器开始传递电能。
此时,变压器的工作状态和性能相对复杂,会涉及到直流分量、谐波、温升等问题。
1.有功功率输出和负载功率因数负载运行时,变压器通过输出端传输有功功率,根据负载性质的不同,有时会传输无功功率。
负载功率因数是指负载电流的相位与负载电压之间的夹角余弦值,通常用功率因数角表示,其大小介于0和1之间。
2.负载损耗负载运行时,变压器内部会产生一定的铜损耗。
负载损耗主要由绕组的电阻引起,它随着负载电流的增加而增加,与负载功率呈线性关系。
3.温升问题在负载运行下,变压器绕组中的电流流经线圈和铁心会产生一定的热量,导致变压器温度升高。
温升过大会影响变压器的工作稳定性和寿命。
因此,变压器应根据不同的负载情况,并配备适当的冷却设备以保持正常的运行温度。
4.谐波的影响负载运行下,电力系统中的谐波电流会引起变压器内部的谐波磁通分布和铁芯涡流损耗的增加,甚至产生声音和振动。
2.2 变压器的负载运行
副方向原方的折算
Ф
A
U1
I1
' I22 a
E1 E1σ
' Ν1 Ν2 2
' E22 ' E2σ 2σ
U U'22
' Ф1σ Ф 2σ 2σ
X
注意:变化以后的N' 变比: 注意:变化以后的N 2=N1 变比: K=1
'
x
从原方看入,只要保持副方的磁动势不变 F2=F'2 从原方看入, , 变压器内部的电磁本质就不变。也就是说, 变压器内部的电磁本质就不变。也就是说,从变压器的 原方分析变压器时, 原方看 原方分析变压器时,从原方看,副方绕组相当于没有变 化的。 化的。从而也就保证了折算后从原方分析变压器所得出 的结论与没有折算时是一致的。 的结论与没有折算时是一致的。
ɺ 负载的电压平衡方程式: U 2 = I 2 Z L 负载的电压平衡方程式: ɺ
2.2.3 磁动势平衡方程式
外加电压U 不变,虽然电流I 与空载时的I 不同, 外加电压U1不变,虽然电流I1与空载时的I0不同,但因为一 次侧漏阻抗Z 相对较小, 小的多, 次侧漏阻抗Z1相对较小,I1Z1比U1小的多,所以可近似认为 负载时U 主磁通Φ 和产生它的磁势F 也近似不变, 负载时U1≈E1。主磁通Φm和产生它的磁势Fm也近似不变, 即有F 即有Fm≈F0。 因此负载运行时的磁动势平衡方程式为
2.2.4 变压器参数的折算
所谓的变压器的绕组的折算就是用一个假想的绕组来代 变比k 替其中的一个绕组,使变压器的变比 替其中的一个绕组,使变压器的变比k=1。这样就可做 出等效电路,从而大大的简化变压器的分析计算。 出等效电路,从而大大的简化变压器的分析计算。折算 后的量在原符号上加一个标号“ 以示区别。 后的量在原符号上加一个标号“ ′”以示区别。 变压器的折算只是分析变压器的一种方法,所以必须 变压器的折算只是分析变压器的一种方法, 要保证不改变变压器内部的电磁本质 不改变变压器内部的电磁本质。 要保证不改变变压器内部的电磁本质。折算可以是从 副方向原方折算,也可以是从原方向副方折算。 副方向原方折算,也可以是从原方向副方折算。
第二章 变压器运行分析
变压器的运行分析
2-1 变压器各电磁量正方向 2-2 变压器空载运行 2-3 变压器负载运行 2-4 标幺值 2-5 变压器参数的测定 2-6 变压器的运行性能
2-1 变压器各电量正方向 变压器中各个电磁量的大小和方向都 随时间交变,选好正方向, 随时间交变,选好正方向,才能列写相量 式。 正方向是人为规定的,有任选性, 正方向是人为规定的,有任选性,而 各电磁量的实际方向都由电磁定律决定。 各电磁量的实际方向都由电磁定律决定。
正方向与实际 方向相反
减弱
正方向与实际 方向相同
一次边接电网, 方向相同, ② 一次边接电网,i1 与 u1 方向相同,说明变压 器从电源吸收电功率。 器从电源吸收电功率。这样规定 i1 与 u1 方向称 为“电动机惯例”。 电动机惯例” 方向相反,输出电功率。 ③ i2 与 u2 方向相反,输出电功率。 也符合右手螺旋关系。 ④ 二次边 Φ 和е2 也符合右手螺旋关系。 Φ
一次侧电动势平衡方程: 一次侧电动势平衡方程:
& & & & U 1 = − E1 − E S 1 + I 0 R1
0.3% E1 U 1 E1 N1 ≈ =K = U 2 E2 N2
& & U 1 ≈ − E1
& & U 2 = E2
对于三相变压器 一次侧星形联结 二次侧三角形联结
U 1 XN N1 K≈ = U 2 XN N2
6、空载时等效电路 空载 I20=0 不考虑二次边电路
& & & & U1 = − E1 − Es1 + I 0 R1
E1 → I 0 Z m
I& 0
变压器的运行分析
从磁势平衡方程式,可推出6.26式。式中I1L为 原边绕组中电流的负载分量。从6.26式看出变 压器负载后,原边绕组中的电流由两个分量组 成,一个是其负载分量,另一个是产生磁通的 励磁分量I0,负载分量I1L产生的磁势与副边绕 组电流产生的磁势大小相等,方向相反,互相 抵消。
三
能量传递
由于i1L=-N2/N1*i2,考虑到变比e1/e2=N1/N2.于是 -e1i1L=e2i2. 式中负号表示输入功率,正号 是输出功率
三
标幺值
1 标幺值=实际值/基值 基值用下标‘b’表示,标么值用上标‘*’ 表示 b 能说明许多问题
①例如I1*=1.5 ②说明范围:I0*=0.02∽0.08, Uk*=0.05∽0.175 ③使用标幺值后,折算前后各量标幺值相 同,无需折算:r2*=r2'*,I2*=I2'*,u2*=u2'* 如 为三相变压器,则可用相电压,相电流及 一相的功率来计算其参数。 U1* =u1/u1N,U2*=u2/u2N I1*=I1/I1N,I2*=I2/I2N P1*=P1/SN 其中u1N,I1N,u2N,I2N,SN为各量的基值, 原边各量的基值取原边各量的额定值。
第四节 变压器的参数测量和标幺值
一 变压器空载试验
变压器的空载试验接线图如图:
通过调压器给变压器供电,调压器输出电压u10, 从1.2UN到0.3UN取8--9点,每点均测出P0,I0,u20, 填入表中。
u10
P0
I0
u20
通过测得的数据我们可以作出如下处理 1、作空载特性曲线u0=f(I0) uN应在空载特性的临近饱和处比较合理,不饱
uk=(uk/u1N )100% 4 参数计算
从稳态短路试验可以显示出其短路阻抗Zk,rk, Xk与温度有关。一般要换算到75℃时的电阻及阻 抗。
2变压器负载运行及外特性
U1、E1、I0、I1Z1。
【例2】
解:(1)
Z1 r12 x12 4.22 92 9.9
xm Z r 5550 514 5526
2 m 2 m 2 2
U1N 6 103 (2) U 3464 V 1 3 3
E1 U1 I1Z1 3464 9.62 9.9 3369 V
磁动势平衡方程式
由于副边出现了负载电流I2,在副边要产生磁
动势F2=I2N2,使主磁通发生变化,从而引起E1、E2 的变化,E1的变化又使原边从空载电流I0变化为负载 电流I1,产生的磁动势为F1=I1N1,它一方面要建立 主磁通Φm,另一方面要抵消F2对主磁通的影响。
磁动势平衡方程式
由于负载时的I1z1很小,约占6%U1N,忽略I1z1
由于原、副绕组的匝数 N 1 N 2 ,原、副绕 组的感应电动势 E 1 E 2 ,这就给分析变压器的工 作特性和绘制相量图增加了困难。为了克服这个 困难,常用一假想的绕组来代替其中一个绕组, 使之成为变比k=1的变压器,这样就可以把原、 副绕组联成一个等效电路,从而大大简化变压器 的分析计算。这种方法称为绕组折算。折算后的 量在原来的符号上加一个上标号 “′” 以示区别。
I 0 ( I 2 ) 1 1 z1 z1 1 1 I0 I2 zm z z 2 L E 1 E2 I1 I1
z1
E1
等效电路
“Γ”型简化等效电路
“T”型等效电路虽能准确反映变压器内部电磁 关 系,但它是串、并联电路,计算较复杂。由于 z1<<zm
【例】
解:(1)计算励磁阻抗和短路阻抗
变压器的负载运行分析
变压器的负载运行分析引言变压器是电力系统中最为重要的设备之一,其主要作用是将一个电压值转换为另一个电压值,从而满足电力系统中不同电压等级之间的输电要求。
在电力系统中,变压器是高效能、大容量的电力设备。
在变压器的运行过程中,负载是影响其运行性能及寿命的重要因素之一。
因此,对变压器的负载运行进行分析及评估具有重要意义。
负载运行分析负载的分类在变压器的运行过程中,其负载可分为接触式负载和非接触式负载两种。
•接触式负载:指负责直接吸收有功负载的负载,如电阻炉、变频器等设备。
•非接触式负载:指变压器在运行过程中,所提供的磁场使得设备内的器件发生电磁感应而进行能量转换的负载,如电动机、照明设施等。
负载对变压器的影响在变压器运行过程中,负载对其性能有着较大的影响,对变压器的正常运行产生多种影响,如:•温升过高:当变压器的负载过大时,变压器的铁芯及线圈会产生大量的磁通量,导致变压器内部温度升高,如果超过了其所能承受的温度,就会对其安全运行造成威胁。
•电损失过多:变压器在运行过程中会出现电阻、铁损等不同种类的损失,这些损失会使得变压器的效率下降。
•电磁变化过大:当变压器负载过大,其放大比例也会变大,使得输出变化幅度增加,同时会使输出波形失真。
负载能力分析变压器能够承受的负载能力是衡量变压器运行稳定性及性能优异程度的重要标准。
通常是指容量,即变压器可以稳定输出的最大容量。
(与变压器的额定容量不同,因为额定容量为变压器的设计能力。
)因此,需要对变压器的负载能力进行分析和评价,以确定其稳定性及承载能力。
常用的评估方法是,通过实际检测,确定其能承载的最大负载,再结合变压器的设计特性,以此为依据来评估变压器的负载能力和稳定性。
负载评估方法对变压器的负载能力进行评估通常采用如下的方法:1.根据测量得出变压器的额定容量。
2.进行实际运行测试,通过测量变压器的温升和其他参数来确定变压器的实际负载。
3.采用已知的计算公式对实际负载进行计算和分析,以确定变压器的可承载能力。
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压器本身要有损耗。
pcu1
pFe
pcu 2
P1
P2
P1 m1U1I1c os1 P2 P1 pcu1 pFe pcu2
P2 m2U2I2c os2
A I1
U1
E1
E s1
2. 副边电压与电流关系
U2 I2Z L I2 (RL jX L )
I1
A
I2
s2
E s 2
U1
EEs11
U2 E2 E s2 I2R2
X
Es2 jI2 X 2
U2 E2 I2 (R2 jX 2 ) E2 I2Z2
s2 N1 N2
I2
x
E2 Es2
U2
ZL
a
U1 E1 I1Z1
U2 E2 I2Z2
U 2
I2
Z
L
E1 E2 E1 I0Zm
I1 I0 I2
2)“T”型等效电 路
E1 I0Zm I0 (Rm jX m )
E1 E2'
适用于对称、稳态运行Fra bibliotekE 2'
U
' 2
I2 Z 2
U
' 2
I2( R2'
jX
' 2
)
U
2
I2
Z
L
U1 E1 I1Z1 E1 I1( R1 jX1)
由于 I0 比较小,Z1 也比较小,所以有: U1 E10
负载情况下:
A I1
U1
E1
E s1
X
m
s1 s2
N1 N2
I2 x
EEs22
U 2
a
负载时的 m ,由合成磁动势 F0 产生。
F0 F1 F2 N1I1 N2I2
F0
m
E1
负载时一次绕组:U1 E1 I1Z1
I1 I0
④ 定义:如果保持二次绕组磁动势不变,而假想
它的匝数与一次绕组匝数相同的折合算法,称为二 次向一次折合。
⑤ 折合值:二次向一次折合为例。
⑴ I2 N 2 I2 N1
I2
N2 N1
I2
1 k
I2
⑵电动势
E
2
j 4.44
fN1 m
E2 j 4.44 fN 2 m
E
2
kE 2
⑶阻抗
Z 2 k 2 Z 2
⑷负载电压 U 2 kU 2
Z L k 2 Z L
折合前后,电压、电动势、电流只变大小,相位不变 参数只变大小,阻抗角不变 功率不变 损耗不变 功率因数不变
说明:折合算法其结果不改变变压器运行的物理本质
等效电路 (Equivalent circuit )
1)折合后的六个基本方程式
U1 E1 I1Z1
Zk 短路阻抗 , Rk 短路电阻,X k 短路电抗
★ 在没给励磁阻抗 Zm ,只给短路阻抗 Zk 的情
况下用简化等值电路。
注意:
1、等值电路中所表示的物理量及参数都是相值,用 在三相变压器时,是指对称运行时的一相的情况。
2、变压器变比 k 必须按原副边额定相电压计算。
3、对称负载时,不必考虑原副边电路接法是否相 同,只需要把所有量转换为相值。且负载接法与 副边接法应相同。
压; l 励磁电抗Xm很大; l X1和X2很小
(Conversion algorithm)
① 目的: a 、使一、二次绕组“有”电连接的 等效电路,这样就可以用电路知识来解题了。
b、画相量图方便(定量画法)。
② 定义:保持一个绕组的磁动势不变而改变其电流 和匝数的算法称为归算法(折合算法)。
③解决方法(算法根据) 保持 F2 不变,就不会影响 F1 的变化。
一次电流从空载到负载 I1 I1N 时,由于 Z1 比较小,
依然有: I1Z1 E1
所以: U1 E1
由于电源电压 U1 不变,所以一次绕组感应电动势 E1
在负载和空载情况下变化不大,因此 m 基本不变。
F0 I1N1 I2 N2 I0 N1
I1N1 I0 N1 (I2 N2 )
U2 E2 I2Z2 U2 I2ZL E1 I0Zm
A I1 *
U 1
E 1
X
I1N1 I2N2 I0N1
k
EE12
N1 N2
m s1 s 2
E s1 E s 2
N1
N2
I2
x
E 2 U 2
ZL
*
a
l 注意: l 不仅适用单相,也适用三相(指一相); l 主磁通Φm由励磁电流I0产生,大小取决于端电
I1 I0 I2
I1
R1
. jX 1
I0
R2'
jX
' 2
I2
U1
Rm
E1 E2'
U
' 2
ZL
jX m
3)“一”字型等效电路
R1 jX1 R2'
jX
' 2
由“T”型等效电路可得:
I1
I0
I2
I1
Z1
Zm
U1
|| Z2
Z
L
I11
U1
Rm
E1
U
' 2
Z L
jX m
进而可求出 I2 I0 U2 。
F1 N1I1 由两部分组成:
1)励磁磁动势
F0 N1I0
2)与副边磁动势大小相等、方向相反的负载磁动势
F2 N2I2
I1N1 I0 N1 (I2 N2 )
改写成电流形式:
I1
I0
(
N2 N1
) I2
1)产生主磁通的励磁电流 I0 2)随副边电流增大而相应增大的负载分量
(
N2 N1
)I2
☆ “一”字型等效电
R1 jX1 R2'
jX
' 2
I1
I2
路不适用空载,适用正 U1
U
' 2
常负载运行和稳态短路。
4)简化等效电路 (Simplified equivalent circuit )
Zk Z1 Z2
Xk X1 X2
U1
Rk R1 R2
Rk
jX k
I1 I2
U
' 2
Z L
Rk
I1 I2 U1
jX
' k
jI1X K
U 2'
U1
ZL
I1RK
U
' 2
U1
U
' 2
I1 ( RK
jX K )
0
U1
U
' 2
I1 ( RK
jX K )
I1 I2'
1
2
I1 I2'
感性负载简化相量图
五、功率关系 (Power)
负载所消耗的功率是变压器从电源吸收电功率
后,经原、副边传递过来的,在能量传递过程,变
jI1 X 1
已知:U2 、I2 、cos2 、k U1
U
2
I2
Z
L
E 2'
U
' 2
I2 Z 2
I1R1
E1
I2'
1
I1
E1 E2 j4.44 f N1 m
I0
m
I0 E1 / Zm
I1 I0 I2
U1 E1 I1Z1
I2' 2
I2'
U R2'
' 2
jI2'
X
' 2
E1 E2'
定义:变压器原边接电源,副边接负载的运行状态 称为负载运行。
I1
A
*
U1
E s1 E1
m
s1 s2
I2
x
E2 E s 2 U2
ZL
X
N1
N2
*
a
一、负载时电压与电流的关系
1.原副边的电流关系(磁动势平衡关系)
空载时:
N1I0
m 0
E10
空载一次绕组电压平衡方程式:
U1 E10 I0Z1 E10 I0(R1 jX1)