变压器的建模与特性分析讲解
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
N2
Im 2 I2
k
N 1 Im
具有一般性，空载与负载
5.5.2变压器负载运行的等值电路
根据前边的基本 方程式可以进行变压 器的各种分析计算， 但计算相对繁琐。工 程中一般转换为等效 电路，代替实际的变 压器。
等值电路原、副方在电气上是相互独立的。为了简化计 算，通常将副方的绕组匝数由 N提2 升至 ，N这1 样二次侧的
当一次绕组施加额定电压 U1 时U，1N 规定二次侧绕
组的开路电压即为二次侧的额定电压即
。这样，
便可U获20得变U 2压N 器的变比为：
k N1 E1 U1N U1N N2 E2 U 2N U 20
5.3.2磁路的电参数等效
基本思路：
将变压器内部所涉及的磁路问题转换为电路问题， 然后按照统一的电路理论对变压器进行计算。
主磁通 基本不
变
N1i0 Φm N1i1 N2i2 Φm
E1 4.44 fN1Φm
U1 E1 z1I1，z1小
空载 负载 N1i1 N2i2 N1i0
按规定的正方向
上式可以理解为：随着负载电流的增加，一次侧必须增
加相应的磁势（或电流），以抵消二次侧磁势，才能维持
空载时的磁通或磁势不变。于是有：
uu120
r1i0 e2
e1
e1
(t) m sin t
e1
N1
d(t) dt
e2
N2
d(t) dt
写成相量形式为：
E1
j
2
N1 m
j 2f
2
N1 m
j4.44 fN1 m
E 2
j
2
N 2 m
j 2f
2
N 2 m
j4.44 fN 2 m
E j4.44 fN m
结论：
绕组内感应电势的大小分别正比于频率、绕组匝数 以及磁通的幅值；在相位上，变压器绕组内的感应电 势滞后于主磁通 m 。90
U1I1 U2I2
从而有：
U1 I2 N1 U2 I1 N2
称 k N1 为变压器的匝比或变比，k U1 I2 ，
N2
U2 I1
称 S U1I1 U2 I2 为视在容量。 由此可见，变压器在实现变压的同时实现了变流。此外，
变压器还可以实现阻抗变换的功能。
பைடு நூலகம்
二如次果侧从的一负次载侧阻来抗看为Z：L ，ZL则 其UI22大小为：
对于漏磁通：
E1 jL1 I0 jx1 I0
x1 L1 2fL1
L1
1 i1
N121 N1i1
N12 R
N12
N12
0S
l1
则可用 x1或 反L1映漏磁路的情况。（为常数，为什么？）
对于主磁通：
首先引入等效正弦波电流的概念，用等效正弦波
电流代替非正弦的空载电流。
u1
e1
N1
d dt
5.2 变压器的额定值
➢ 额定容量或视在容量 ➢ 额定电压 U；N ➢ 额定电流 I；N ➢ 额定频率 ；f N ➢ 额定效率 N；
S；N
效率问题！
额定电压和额定电流均指线值（即线电压或线电流）。
额定数据之间存在如下关系：
S N mU 1N I1N
式中，m 表示变压器的相数； 、 U1N I分1N别表示额定电压和额定电流的相值。
第五章 变压器的建模与特性分析
变压器实物图片
变压器实物图片
变压器实物图片
变压器实物图片
平面式变压器 电源变压器
引言
变压器——通过磁路耦合来改变电压、电流 或相位的装置
为什么学习变压器？ 对照 Ｐ１６１图５．１４ Ｐ２３４图６．４０ 变压器又被称为静止交流电机
5.1 变压器的基本工作原理与 结构
对于单相变压器： S N U1N I1N U 2N I 2N
对于三相变压器： SN 3U1N I1N 3U2N I2N Y or
5.3 变压器的空载运行分析
定义： 变压器的空载是指一次绕组外加交流电压、二次
绕组开路即副方开路(即电流为零)的运行状态。
漏磁通
5.3.1变压器空载运行时的电磁关系
N1i1 N 2i2 0 N1 (i0 i1 ) N 2i2 N1i0 i1 i0 i1
结论：
变压器负载后，一次侧电流有所增加。二次侧所需的负 载（电流）越大，一次侧供给的电流也就越大。 即变压器可 以看作为一种供需平衡关系。
5.4.2变压器负载后副边漏磁路的电参数等效
E2 jL2 I2 jx2 I2
Z L
U1 I1
k2 U2 I2
k2ZL
变频？
5.1.2变压器的结构
注
意
讲
课
和
实
际
变
压
器
间
的
单相变压器的结构
区
别 1—铁心柱 2—铁轭 3—高压绕组 4—低压绕组
三相变压器的结构
三相变压器高压绕组的分接头
1—铁心柱 2—铁轭
3—低压绕组 4—高压绕组
油浸式变压器的外形图
1-铭牌 2-温度计 3-吸湿器 4-油位计 5-储油柜 6-安全气道 7-气体继电器 8-高压油管 9-低压油管 10-分接开关 11-油箱铁心 12-放油阀门 13-线圈 14-接地板 15-小车
对于理想变压器
i0 im
Im I0 I0a
Im II00a
无功分量 有功分量
I0a I0
E1 (rm jx m )Im zm Im pFe I m2rm
xm Lm
Lm
m im
N12m
N12
FeS
lFe
5.3.3变压器的空载电压平衡方程式、相量图及等值 电路图
U U
1 (r1 20 E 20
jx1 )I0
E1
z1 I0
E1
E1
(rm
jx m )I m
zm Im
功率因数 意味着什
么？
结论： 变压器空载运行时一次侧的功率因数较低。因此，
变压器一般不允许空载或轻载运行。
5.4 变压器的负载运行分析
变压器负载后，二次侧的电流不再为零，从而 导致铁心内部的电磁过程发生变化。
5.4.1变压器负载运行时的磁势平衡方程式
可用 x2或 反L2映副边漏磁路的情况。
5.4.3变压器负载运行时的电磁关系
5.5 变压器的基本方程式、等 值电路与相量图
5.5.1变压器的基本方程式
综合前边的各种分析和参数等效，可得相 量形式的变压器基本方程式
U U
1 2
E1 z1I1 E 2 z2 I2
E1
NE11 E 2
zm I1 N N1
5.1.1变压器的基本工作原理
变压器有隔 直作用
电动机惯例
发电机惯例
u1 i1N1(磁势) Φ 电生磁
Φ
u1
u2
e1 N1
e2 N2
磁生电
d
dt d
dt
若主磁通按正弦规律变化，即 (t) m sin t ，则各物理 量的有效值满足下列关系：
U1 E1 N1 U2 E2 N2
忽略绕组的电阻和铁心损耗，则原、副边功率守恒，有：
Im 2 I2
k
N 1 Im
具有一般性，空载与负载
5.5.2变压器负载运行的等值电路
根据前边的基本 方程式可以进行变压 器的各种分析计算， 但计算相对繁琐。工 程中一般转换为等效 电路，代替实际的变 压器。
等值电路原、副方在电气上是相互独立的。为了简化计 算，通常将副方的绕组匝数由 N提2 升至 ，N这1 样二次侧的
当一次绕组施加额定电压 U1 时U，1N 规定二次侧绕
组的开路电压即为二次侧的额定电压即
。这样，
便可U获20得变U 2压N 器的变比为：
k N1 E1 U1N U1N N2 E2 U 2N U 20
5.3.2磁路的电参数等效
基本思路：
将变压器内部所涉及的磁路问题转换为电路问题， 然后按照统一的电路理论对变压器进行计算。
主磁通 基本不
变
N1i0 Φm N1i1 N2i2 Φm
E1 4.44 fN1Φm
U1 E1 z1I1，z1小
空载 负载 N1i1 N2i2 N1i0
按规定的正方向
上式可以理解为：随着负载电流的增加，一次侧必须增
加相应的磁势（或电流），以抵消二次侧磁势，才能维持
空载时的磁通或磁势不变。于是有：
uu120
r1i0 e2
e1
e1
(t) m sin t
e1
N1
d(t) dt
e2
N2
d(t) dt
写成相量形式为：
E1
j
2
N1 m
j 2f
2
N1 m
j4.44 fN1 m
E 2
j
2
N 2 m
j 2f
2
N 2 m
j4.44 fN 2 m
E j4.44 fN m
结论：
绕组内感应电势的大小分别正比于频率、绕组匝数 以及磁通的幅值；在相位上，变压器绕组内的感应电 势滞后于主磁通 m 。90
U1I1 U2I2
从而有：
U1 I2 N1 U2 I1 N2
称 k N1 为变压器的匝比或变比，k U1 I2 ，
N2
U2 I1
称 S U1I1 U2 I2 为视在容量。 由此可见，变压器在实现变压的同时实现了变流。此外，
变压器还可以实现阻抗变换的功能。
பைடு நூலகம்
二如次果侧从的一负次载侧阻来抗看为Z：L ，ZL则 其UI22大小为：
对于漏磁通：
E1 jL1 I0 jx1 I0
x1 L1 2fL1
L1
1 i1
N121 N1i1
N12 R
N12
N12
0S
l1
则可用 x1或 反L1映漏磁路的情况。（为常数，为什么？）
对于主磁通：
首先引入等效正弦波电流的概念，用等效正弦波
电流代替非正弦的空载电流。
u1
e1
N1
d dt
5.2 变压器的额定值
➢ 额定容量或视在容量 ➢ 额定电压 U；N ➢ 额定电流 I；N ➢ 额定频率 ；f N ➢ 额定效率 N；
S；N
效率问题！
额定电压和额定电流均指线值（即线电压或线电流）。
额定数据之间存在如下关系：
S N mU 1N I1N
式中，m 表示变压器的相数； 、 U1N I分1N别表示额定电压和额定电流的相值。
第五章 变压器的建模与特性分析
变压器实物图片
变压器实物图片
变压器实物图片
变压器实物图片
平面式变压器 电源变压器
引言
变压器——通过磁路耦合来改变电压、电流 或相位的装置
为什么学习变压器？ 对照 Ｐ１６１图５．１４ Ｐ２３４图６．４０ 变压器又被称为静止交流电机
5.1 变压器的基本工作原理与 结构
对于单相变压器： S N U1N I1N U 2N I 2N
对于三相变压器： SN 3U1N I1N 3U2N I2N Y or
5.3 变压器的空载运行分析
定义： 变压器的空载是指一次绕组外加交流电压、二次
绕组开路即副方开路(即电流为零)的运行状态。
漏磁通
5.3.1变压器空载运行时的电磁关系
N1i1 N 2i2 0 N1 (i0 i1 ) N 2i2 N1i0 i1 i0 i1
结论：
变压器负载后，一次侧电流有所增加。二次侧所需的负 载（电流）越大，一次侧供给的电流也就越大。 即变压器可 以看作为一种供需平衡关系。
5.4.2变压器负载后副边漏磁路的电参数等效
E2 jL2 I2 jx2 I2
Z L
U1 I1
k2 U2 I2
k2ZL
变频？
5.1.2变压器的结构
注
意
讲
课
和
实
际
变
压
器
间
的
单相变压器的结构
区
别 1—铁心柱 2—铁轭 3—高压绕组 4—低压绕组
三相变压器的结构
三相变压器高压绕组的分接头
1—铁心柱 2—铁轭
3—低压绕组 4—高压绕组
油浸式变压器的外形图
1-铭牌 2-温度计 3-吸湿器 4-油位计 5-储油柜 6-安全气道 7-气体继电器 8-高压油管 9-低压油管 10-分接开关 11-油箱铁心 12-放油阀门 13-线圈 14-接地板 15-小车
对于理想变压器
i0 im
Im I0 I0a
Im II00a
无功分量 有功分量
I0a I0
E1 (rm jx m )Im zm Im pFe I m2rm
xm Lm
Lm
m im
N12m
N12
FeS
lFe
5.3.3变压器的空载电压平衡方程式、相量图及等值 电路图
U U
1 (r1 20 E 20
jx1 )I0
E1
z1 I0
E1
E1
(rm
jx m )I m
zm Im
功率因数 意味着什
么？
结论： 变压器空载运行时一次侧的功率因数较低。因此，
变压器一般不允许空载或轻载运行。
5.4 变压器的负载运行分析
变压器负载后，二次侧的电流不再为零，从而 导致铁心内部的电磁过程发生变化。
5.4.1变压器负载运行时的磁势平衡方程式
可用 x2或 反L2映副边漏磁路的情况。
5.4.3变压器负载运行时的电磁关系
5.5 变压器的基本方程式、等 值电路与相量图
5.5.1变压器的基本方程式
综合前边的各种分析和参数等效，可得相 量形式的变压器基本方程式
U U
1 2
E1 z1I1 E 2 z2 I2
E1
NE11 E 2
zm I1 N N1
5.1.1变压器的基本工作原理
变压器有隔 直作用
电动机惯例
发电机惯例
u1 i1N1(磁势) Φ 电生磁
Φ
u1
u2
e1 N1
e2 N2
磁生电
d
dt d
dt
若主磁通按正弦规律变化，即 (t) m sin t ，则各物理 量的有效值满足下列关系：
U1 E1 N1 U2 E2 N2
忽略绕组的电阻和铁心损耗，则原、副边功率守恒，有：