试谈单相变压器的空载运行
单相变压器空载实验报告总结
单相变压器空载实验报告总结单相变压器空载实验报告总结一、引言单相变压器是电力系统中常用的电力设备，其性能参数的准确测量对于电力系统的正常运行具有重要意义。
空载实验是评价变压器性能的基本实验之一，通过测量变压器在无负载状态下的各项参数，可以得到变压器的空载电流、空载损耗和功率因数等重要指标。
二、实验目的本次实验旨在通过对单相变压器进行空载实验，测量并分析其空载电流、空载损耗和功率因数等参数，以评估变压器的性能。
三、实验原理1. 变压器空载电流测量原理：在无负载情况下，变压器输入端电流主要由磁化电流和铜损耗引起。
由于磁化电流与铜损耗处于不同相位，因此可以通过连接一个较大阻抗的电阻箱测量输入端电流，并用示波器观察输入端电流波形来分析磁化电流和铜损耗所占比例。
2. 变压器空载损耗测量原理：在无负载情况下，变压器的输入功率只由铜损耗引起，可以通过测量输入端电压和电流的相位差以及输入端电流的有效值来计算空载损耗。
3. 变压器功率因数测量原理：变压器的功率因数是指变压器输入功率与输入视在功率之间的比值，可以通过测量输入端电流和电压的相位差来计算功率因数。
四、实验步骤1. 搭建实验电路：将单相变压器接入实验电路中，连接电阻箱，示波器和测量仪表等设备。
2. 测量空载电流：调节电阻箱使得在额定电压下变压器输入端电流接近额定值，使用示波器观察并记录输入端电流波形。
3. 计算空载损耗：测量输入端电压和电流的相位差，并使用公式计算空载损耗。
4. 计算功率因数：根据测得的相位差数据，计算变压器的功率因数。
五、实验数据分析1. 空载电流测量结果：根据示波器观察到的波形数据，记录了变压器在不同负载情况下的空载电流数据，并绘制成图表。
2. 空载损耗测量结果：根据测得的输入端电压和电流的相位差数据，计算了变压器的空载损耗，并与额定值进行对比分析。
3. 功率因数测量结果：根据测得的相位差数据，计算了变压器的功率因数，并与额定值进行对比分析。
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
单相变压器空载实验原理
单相变压器空载实验原理1. 什么是单相变压器？单相变压器，听起来有点复杂，但其实它就是我们日常生活中用来改变电压的一种设备。
想象一下，家里的电器需要不同的电压，有时候高，有时候低，而这个小家伙就像是电力的“调酒师”，把电压调到合适的程度，确保电器能够正常工作。
没错，它的工作原理就是根据电磁感应，把电能从一个线圈传输到另一个线圈。
简简单单的道理，却能让我们的生活方便多了。
2. 空载实验的意义2.1 什么是空载实验？那么，空载实验又是什么呢？其实，空载实验就像是给变压器做个“健康检查”。
在这个实验中，变压器没有连接负载，就像我们吃饭之前先检查一下食材新鲜度，确保一切正常。
通过这个实验，我们能知道变压器在没有负载的情况下，能消耗多少电能，以及它的效率如何。
这可是判断变压器好坏的重要指标哦！2.2 空载实验的步骤进行空载实验的步骤也不复杂。
首先，我们要把变压器的高压侧接上电源，然后在低压侧进行测量。
接下来，观察变压器的输入电压和电流，同时记录下它们的值。
你会发现，虽然没有负载，但变压器的电流依然会有一点点，这就是变压器在“休息”时的能耗。
最终，我们通过计算可以得出变压器的损耗情况，看看它是否“爱吃亏”。
3. 实验中可能遇到的问题3.1 电压不稳定在进行空载实验的时候，常常会遇到一些小麻烦，比如电压不稳定。
这就像你在炒菜时，火候掌握得不够好，结果要么太生，要么太熟。
电压不稳定会影响我们的测量结果，使得最终的数据不够准确。
因此，在实验前，我们最好确认电源的稳定性。
3.2 设备故障另外，变压器本身也可能出现一些故障，导致实验结果不理想。
这就好比我们去看病，医生总会先检查你是否有其他病症。
有时候，变压器的绕组出现问题，或者绝缘材料老化，都会影响实验的结果。
所以，确保设备的良好状态是十分重要的，得细心呵护。
4. 总结与反思通过单相变压器的空载实验，我们不仅能深入了解变压器的性能，还能掌握一些电力的基本知识。
这个过程就像是探索电力世界的一扇窗，让我们看到了其中的奥秘。
第十一章 单相变压器的空载运行
• 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。
• 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 磁路中，电抗的大小随磁路的饱和而减小。
正常工作的变压器，由于主磁通比漏磁通大。空载 时铁耗一般比铜耗大，有
xm >> xσ1 rm > r1 xm >> rm U&1 = I&0 (r1 + jxσ1) + I&0 (rm + jxm )
空载变≈ I&压0 jx器m 犹如一个铁心电感
接于电网，这和开始时分析的物理
U&1 jI&0 xσ1 I&0 r1
正弦量 复数
U&1 = −E&1 − E&σ1 + I&0r1 U& 20 = E&2
变压器空载电势的分析
• 初、次级主电势
u1 = 2U1 cosωt 假设初级为理想纯感性绕组
u1
≈
−e1
=
W1
dφ dt
φ = Φm sinωt
空载电流或励磁电流 i0 = 2I0 sinωt
( ) e1
=
−W1
dφ dt
=
−W1
dφσ 1 dt
eσ 2
=
−W2
dφσ 2 dt
• 主磁通：其磁力线沿铁心闭合，同时匝链初、次级 绕组的磁通。
• 漏磁通：其磁力线主要沿非铁磁材料(油、空气)闭 合，仅和一个绕组相交链的磁通。
单相变压器的运行原理
由于变压器的空载电流I0很小，
特别是在变压器接近满载时，
相对于 或 而言基本上可以忽
单相变压器负载运行图
略不计，于是可得变压器一通势的有效值关系为
N1I1 ≈ N2I2
I1 N 2 1 KI I 2 N1 K u
的电流与一、二次绕组的匝
数成反比，即变压器也有变 换电流的作用，且电流的大 小与匝数成反比。
第三节 单相变压器的运行原理
1．掌握单相变压器的运行原理。 2．掌握变压器的变压、变流、阻抗变换及改变相位的作用。
一、空载运行
变压器空载运行——变压器一次绕组加额定电压，二次绕 组开路的工作状态。
变压器的空载运行原理图
1. 理想变压器空载运行 （1）空载电流i0 理想变压器的空载电流 主要产生铁心中磁通，所以
三、变压器的阻抗变换
变压器的阻抗变换作用
阻抗变换公式：
Z1 U1 KU 2 U K 2 2 K 2Z2 I1 I2 / K I2
空载电流也称为空载励磁电
流，是无功电流。 （2）电压和感应电动势的关系
变压器的空载运行原理图
E U 1 1
E U o2 2
1. 理想变压器空载运行 （3）感应电动势的大小 E=4.44 fNΦm U1=E1；即U1=E1=4.44 fNΦm
变压器的空载运行原理图
（4）变压比
其中空载电流有功分量为I0P=I0 sinα，空载电流无功分量为 I0Q＝I0 cosα，
通常I0P很小，所以 cosα很小。
二、变压器的负载运行
单相变压器负载运行实验图
单相变压器负载运行图
单相变压器负载运行接线图
变压器负载运行时的磁通势平衡
方程式为
第四节 单相变压器的空载运行(2)
第一节 单相变压器的空载运行一、 空载运行时的电磁现象1、空载定义：02=∙I2.：•、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； •、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•、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。
3、主磁通和漏磁通121144.444.4XI j fw j fw j U mm∙∙∙∙-=Φ-Φ-→σ10r I∙Φ0和Φ1σ区别:①在性质上：Φ0与I 0非线性关系；Φ1σ与I 0线性关系； ②在数量上：Φ0占99%以上；Φ1σ占1%以下； ③在作用上：Φ0传递能量的媒介；Φ1σ漏抗压降。
二、空载时的电磁关系 1、电动势与磁通的关系 设tmωsin 0Φ=Φ，则 )90sin(21011︒-Φ=Φ-=t fw dtd w emωπmfw j E ∙∙Φ-=1144.4 同理可得： mfw j E ∙∙Φ-=2244.4*结论：mN N f E E Φ⋅⋅∝)()(2121，在相位上滞后m∙Φ90°。
1、 一次漏感电动势σ1E ：设tm ωσσsin 11Φ=Φ，则 )90sin(211111︒-Φ=Φ-=t fw dtd w em ωπσσσmfw j E σσ11144.4∙∙Φ-=又可得： 10.1x Ij E -=。
σ式中：σπm R N fx2112==常数， 为一次绕组的漏电抗。
*电抗的概念可以推广。
2、 一次线圈电阻压降1r I ∙3、 空载损耗0p3.12f B p p p p mFeCuFe∙∝≈+=*空载损耗约占（0.2～1）%，随容量的增大而减小。
4、 电动势平衡方程：①一次侧：10.1.10.10.1.1.Z IE x I j r IE U+-=++-=忽略I 0Z 1，则有：mfN E UΦ=≈11144.4 即 111144.444.4fN U fN E m≈=Φ* 结论：影响主磁通大小的因素是: 电源电压U 1、电源频率f 和一次侧线圈匝数N 1，与铁心材质及几何尺寸基本无关。
第2-2讲单相变压器的空载运行
E1 U1
0
I0 I0a
I0u
m
E2 U 20
E1
第2-2讲-4.变压器空载时的等值电路和矢量图1
前一节已述i0=i0u+i0a 。E1为主磁场的感应电势，它也可以仿照 漏磁场感应电势用电路参数来等值表示。如图11—7(a)：它有 等值的纯电纳jbm支路，表示了流过无功的磁化电流i0u，还有等 值的纯电导gm支路，流过有功铁耗电流i0a。两条支路并联，总 电流即为i0。为计算方便，习惯把并联的导纳形式转化为串联的 阻抗形式。
第2-2讲-3.变压器空载电流分析6
二、计及铁损耗时的空载电流 同理，涡流损耗电流i0a”的性质也
是有功分量电流，要从电源吸收电能。 总起来说，空载铁耗电流
i0a=i0a’+i0a” 。无功磁化电流有功铁 耗电流i0u与i0a之和即为空载电流 i0=i0u+i0a。
若用等效正弦波，则可用矢量表示 空载各电流矢量的相位关系如图所示， 图中io超前Φm的电角a0称铁损耗角， 它包括了磁滞和涡流的作用。
第2-2讲-3.变压器空载电流分析1
上节没有计及铁心饱和及铁损，本节在对实际变压器考虑 饱和又计及铁损的情况下，分析其空载电流的波形和相位。 一、不计铁损耗时的空载电流
单相变压器在外加正弦电源 电压U1时，其铁心中主磁通Ф必 然按正弦规律变化，才能保持初 级反电势e1也是正弦规律变化， 以便与外加初级电压u1平衡。
(b)的i0=f(t)为畸变的尖顶波，它 超前Φ一个角度α0’。
将此空载电流i0分解成两个等 效正弦波分量：一是与主磁通同相 位而滞后电源电压的无功分量，即 磁化电流i0u；
另一是超前主磁通90˚ 而与电 源电压同相的有功分量，称为磁滞 损耗电流i0a’。 无功分量起磁化作用，建立主磁通， 有功分量要从电源吸收电能，以损 耗的形式消耗掉。。
单相变压器空载实验报告总结
单相变压器空载实验报告总结引言变压器是电力系统中常见的电力设备之一，用于变换电压、提供稳定的电力供应。
在变压器的设计和使用过程中，需要进行各种实验来评估其性能和可靠性。
其中，空载实验是一项重要的实验，用于检测变压器在无负载情况下的性能。
实验目的空载实验旨在评估变压器在无负载情况下的空载电流、空载损耗和空载电压调整性能。
实验装置和方法1.实验装置–单相变压器–电源–电压表–电流表–调压器2.实验方法1.将单相变压器接入电源，并将电压表和电流表连接到变压器的输入端和输出端。
2.通过调节电源电压，使得输入端的电压维持在额定值。
3.记录输出端的电流和电压。
4.改变调压器的位置，观察输出端的电流和电压的变化。
实验结果根据实验数据，可以绘制空载特性曲线，包括空载电压和空载电流之间的关系。
通过实验分析，可以得到以下结论： 1. 空载电流随着输入端电压的增加而增加，但增长速率逐渐减缓。
2. 变压器的空载损耗与输入端电压的平方成正比。
3. 输入端电压的调整对输出端电压的影响非常小，变压器具有良好的空载电压调整性能。
结论通过空载实验，可以评估变压器在无负载情况下的性能。
实验结果表明，该单相变压器具有较低的空载损耗和较好的空载电压调整性能。
这对于保证变压器的正常运行和电力系统的稳定供电具有重要意义。
参考文献(请根据需要添加参考文献)致谢感谢实验所使用的设备和材料的供应商和提供者。
附录实验数据(请将实验数据整理成表格形式，并添加到附录中)数据处理(请提供实验数据的处理过程和相关计算方法)。
浅谈单相变压器空载试验操作方法
电 力 科 技
外 部 电源 通过 调 压器 输 出进 行空 载试 验 ，试 验基 本 上从 零 开
始 升压 ，若 电压 未 调 至 零 ，在 启 动 电 路 时 ，仪 表会 因励 磁 涌 动
造 成 一定 程度 的损 坏 ，造成 试验 数据 的偏 差 。
值大小进行改变 ，分析仿真得到的结果可知与原始信号相 比 ｔａ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｉｎｓｕｌａ—
去噪 效果很 明显 ，信号 的一 些重 要特 征会 显现 出来 。
ｔｉｏｎ，２０１０，１７（１）：１４９—１５６．
知其 对应 的 空载 电流 与铁 心损耗 值 。
对 损耗 做 到心 中有 数 ；对 检修 维 护起 到指 导 作用 ；对变 压 器如
４－３计算 励 磁参 数
何 经济 运行 提 供参 考 ；对 制造 工 艺 的提 高 、选用 原 材料 的 要求
从 空载 特性 曲线 上查 出对应 于 Ｕ。＝ｕ 时 的 Ｉ。和 Ｐ０值 ，并 都 有重要 的指 导 意义 。
由空 载试 验 测变 压 器高 压侧 ，低压 侧 电压 数据 ，分 别计 算 其 控制 在一 定 范 围内 ，才会 实 现 变压 器效 益最 大化 ，对变 压 器
出变 比，然后取其平均值作为变压器的变比 ｋ。
经 济运行 与能 源 的充分 Ａｘ／Ｕ
４．２绘制 出空载 特性 曲线 （图 ４） 空载 特性 曲线 ｕｏ＝ｆ（１０），Ｐｏ＝ｆ（Ｕ０）
５．２ 仪表 读数
因仪 表 的制作 精 准度 不 同 ，不 同规格 的仪 表 与 量程 会 造
成 不 同 的测取 数值 ，在 结果 计算 中造 成一 定误 差 。
3.2单相变压器的空载运行
e1
N1
d1 dt
L1
di0 dt
设i0 I0m sin t， 则：
e1 L1 I0m cost E1 m sin(t 900 )
相量形式 E1 jI0L1 jI0 X1
式中X1σ=ωL1σ为原绕组的漏电抗。 Φ1σ主要通过非磁性磁路形成闭合回路，其磁导率μ0
为常数，故其磁路线性，L1σ及X1σ均为常数。
其中， i 与主磁通Ф同相位，而iFe与外加电源电压u同相位，即 超前i 90º（Ф滞后u 90º）。
一般，在电力变压器中，I0=（0.02~0.10)I1N。容量越大， I0相对越小。而IFe I0 ×1％。因此，可以近似认为：
I0 I 。
5
§3-2 单相变压器的空载运行
6
§3-2 单相变压器的空载运行
三、感应电动势和变压器变比
设主磁通Ф=Фmsinωt
则e1=-N1dΦ/dt=-N1Фmωcosωt=E1msin(ωt-90°)☆
有效值：E1=E1m/1.414=2πfN1Фm/1.414=4.44fN1Φm ☆
相量形式为：
E1 j4.44 f N1m
同样，e2的有效值为： E2=4.44fN2Φm 相量形式为：
U1 E1 j4.44 f N1m 副边的电动势平衡方程式 : u2 e2 或相量形式 U2 E2
9
§3-2 单相变压器的空载运行
g
E1的参数表达方式推导：☆
g
g
把 E1 和 I 0 之间的关系直接用参数形式反映：
g
计及铁损耗时，E1 可用两条并联支路来表示。
流通铁耗电流的纯电导G支路；
流通磁化电流的纯电纳B支路。
gg
g
g
第2章单相变压器的运行原理
第2章 单相变压器的运行原理
解 (1)
I1N
SN 3U1N
31500103 3 110103
165.3A
I2N
第2章 单相变压器的运行原理
2.1 单相变压器的空载运行
空载运行是指变压器原边绕组接在额定频率、额定电压的交 流电源上，副边绕组开路时的运行状态，如图2-1所示。空载运 行是变压器负载运行的一种特殊情况，也是变压器运行中最简单 的情况，以空载运行作为学习变压器的入门，有助于逐步认识变 压器运行时的物理本质。
(2-14)
第2章 单相变压器的运行原理
电力变压器空载时，I2=0，I1=I0≈(2%~10%)I1N, 故I0Z1很小， 可忽略不计，则式(2-14)变成
U1 E1
(2-15)
上式表明，在忽略了原边绕组漏阻抗压降的情况下，U1与E1在数
值上相等，方向上相反，E1基本上与外加电压U1相平衡； 由于
第2章 单相变压器的运行原理
图2-1 单相变压器空载运行示意图
第2章 单相变压器的运行原理
2.1.1 空载运行时的物理状况
为空当载原电边流绕I组0 接上I电0便源产生U一1后交，变绕磁组动中势便有F0交流I电0 N流1流，过并，建称立
交变磁通 。该磁通可以分为两部分： 一部分沿铁芯闭合，同 时交链原、副边绕组，称为主磁通m ；另一部分经空气隙或变
式中： Zm=rm+jxm为励磁阻抗； rm为励磁电阻，反映铁耗的等效
电阻； xm为励磁电抗，反映主磁通的作用。
试谈单相变压器的空载运行(ppt 27页)
U1
I0
F0 I0N1
0
E1 E2
1
E1
I0r1
2020/7/3
沈阳工程学院 动力系
3
主、漏磁通的区别
性质上： 0 与 I0 成非线性关系，
1 与 I0 成线性关系；
数量上：
占
0
99%以上，1
仅占1%
以下；
作用上： 0 起传递能量的作用，
1 起漏抗压降作用。
2020/7/3
沈阳工程学院 动力系
4
或 K U1 U1N
U 20 U 2 N
2020/7/3
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16
三相变压器，变比指一、二次侧相电势之比
Y，d 接线 K U1N
3U 2 N
D，y 接线 K 3U1N
U2N
2020/7/3
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17
等效电路
A
I0
U1
E1 E1
X
0 1
a E2 U20
x
令 E1 I0Zm I0 (rm jxm )
2020/7/3
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12
2.1.5 等效电路
A
I0
U1
E1 E1
X
0 1
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a E2 U20
x
13
电势方程
A
I0
U1
E1 E1
X
0 1
a E2 U20
x
U1 E1 I0r1 jI0x1 E1 I0Z1 U20 E2
2020/7/3
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第二章 变压器的基本原理
2.1 单相变压器的空载运行
项目03_单相变压器的空载、短路及负载运行
I0P=I0 sin I0Q=I0 cos 空载损耗则为：
(3-3)
P0＝U1I0 cos1≈U1I0Q cos1
（3）空载相量图 如图3-6所示。
（3-4）
2020/9/30
单相变压器的空载、短路及负载运行
2．负载运行 （1）原理图及电压方程式 单相变压器负载运行原理图如图3-7所示，它的二 次侧可简化成图3-8所示的等效电路图，因一次侧等 效电路和空载时一样，这里只分析二次侧等效电路。 对照前面空载运行的分析，r2、XS2是二次侧绕组的电 阻和漏电抗，可以得到一次侧、二次侧电压方程式为 ：
cos K＝ P K 。 U KIK
2020/9/30
单相变压器的空载、短路及负载运行
2020/9/30
单相变压器的空载、短路及负载运行
4．cos ＝0.8（感性）时的负载测定 （1）根据电路图（见图3-4）负载阻抗为可调的 ，为了保持功率因数不变，须接入功率因数表监视。 (2)先将负载阻抗调至最大，调节外加电压，使U1 ＝U1N，闭合负载端开关，使变压器带上负载，保持 原边电压不变，逐渐增加负载电流，在0~1.1IN范围内 读取I2 、U2共6~7点
单相变压器的空载、短路及负载运行
一、能力目标 二、使用的设备及仪器 调压器、单相变压器、电流表、电压表、功率因数 表、负载阻抗、开关、熔断器。 三、项目要求 1．变压器变压比的测定 （1）根据电路图（见图3-1）高压绕组接电源，低 压绕组开路。 （2）在调压器处于零位时合上电源开关，调节调 压器使高压绕组的电压约为高压边额定电压的50％， 测量一二次侧电压。
2020/9/30
单相变压器的空载、短路及负载运行
图3-1变比测定接线图
第二节 单相变压器的空载运行
L1
dim dt
E1 jL1 I m jx 1 I m
二、空载运行时的电动势平衡方ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ式、相量图及等效 电路
m
U 1 E1
E2 E1
2、空载电流
空载电流可认为是励磁电流，用Im表示 Im必然含有有功分量IFe(称为损耗电流),和用于建立磁场 的无功分量Iμ（称 为磁化电流）
Im
I Fe
I
m
3．漏磁通与漏电抗
e1 N 1
正弦稳态下
d 1 dt
设
e1 N 1
d m dt d m dt
N 1 m sin( t 90 ) E1m sin( t
0 0
2
) )
e2 N 2
N 2 m sin( t 90 ) E 2 m sin( t
2
感应电动势的有效值
感应电动势的向量表达式
第二节 单相变压器的空载运行
一、空载运行时的物理情况
当一次绕组加上交流电 压u1，其中就有电流i1 流过；二次侧开路，二 次绕组内没有电流，此 时一次绕组内的电流i0， 称为空载电流。该电流 产生一个交变磁动势 i0N，并建立交变磁场。
一次、二次绕组的电动势平衡方程式
1、感应电动势与主磁通
u1随时间按正弦规律变化， 则e1和φm也按正弦规律变化。
单相变压器空载运行物理状态分析
压降 。 此过程的电磁关系可用下 图 ２ 表示 。
的对称运行 。对变压器的设计和实践运行 具有指导意义 。 由于路径不同 ， 主磁通和漏磁通有很 大差异 ： ①在 性质上 ． 主磁通 磁路 由铁磁材料组成 ， 具有饱 和特性 ， 与 厶呈非线性 关系 ， 而漏磁通 【 参考 文献 】 磁路不饱和 ， 咖 ， 与 厶呈线性关 系 ； ② 在数量上 ， 因为铁心 的磁 导率 比 ［ １ ］ 杨宗豹主编 电机及拖 动基础 冶金工业 出版社 ， ２ ０ ０ ３
０ ． 引 言
变压 器 的空载运行 是指变压器一 次绕组接在额 定频率和额定 电 压 的交流 电源上 ， 而二次绕组开路时 的运行状态 。对变压器空载运行 物理状态 进行分析 和研 究是设计变旺 器和 了解变压 器运行状况 的重 要手段 ， 本文介绍 的是 单相 变压器 ， 但 分析研究所得 结论 同样适用于 三相变压器 的对称运行 。
通过铁心而 闭合 ． 故 主磁通远大 于漏磁通 ． 一般 主磁 通可 占总磁通 的
９ ９ ％以上 ， 而漏磁通 仅 占 １ ％以下 ； ③在作用上 ， 主磁通在二 次绕组 中
感 应 电动 势 ， 若接 负载 ， 就有 电功率 输出 ． 故起 了传递 能量 的媒 介作 用； 而漏 磁通 只在一次绕组 中感应漏磁电动势 ． 仅起漏抗压降 的作用 在分析变压器时 ， 把这 两部分磁通分开 ． 即可把非线性 问题 和线性问 题分 别予 以处理 ， 便 于考虑它们在 电磁关系上的特点 在其他交流 电 机中． 一般也采用这种分析方法
◇ 科技之窗◇
科技 圈向导
２ ０ １ ４ 年３ ５ 期
单相变压器空载运行物理状态分析
杨 勇 （ 吉 林电子信息职业技术学院机 电工程学院
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i0正弦， 平顶。
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2.1.3 感应电动势
设 : m sin t
则: e N
d
dt
2fNm
sin(t 900 )
Em sin(t 900 )
有效值：E 4.44 fNm
相量：E j4.44 fN m
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其中：
A
I0
U 1
EE11
X
0 1
a E 2 U 20
x
Zm ----励磁阻抗 Zm rm jxm
rm----励磁电阻，对应铁损耗的等效电阻
xm----励磁电抗，对应主磁通的电抗
一次侧的电势方程为：
U1 E1 I0Z1 I0Zm I0Z1 I0 (Zm Z1)
p0
pcu1 pFe
I
2 0
r1
0
Bm2 f 1.3
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经验公式：
p0
pFe
p
1 5
0
Bm2
(
f 50
)1.3
G
空载损耗约占额定容量的（0.2～1.5）%， 随容量的增大而减小。
Байду номын сангаас
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2.1.5 等效电路
A
I0
U 1
故
m
E1 4.44 fN1
U1 4.44 fN1
可知：影响主磁通大小的因素是电源电压、
电源频率和一次侧线圈的匝数，与铁芯的材
质和几何尺寸无关。
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变比
• 定义：变比为一、二次线圈主电势之比。
K E1 N1 E2 N2
或 K U1 U1N
U 20 U 2 N
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三相变压器，变比指一、二次侧相电势之比
Y，d 接线 K U1N
3U 2N
D，y 接线 K 3U1N
U2N
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等效电路
A
I0
U 1
EE11
X
0 1
a E 2 U 20
x
令 E1 I0Zm I0 (rm jxm )
EE11
X
0 1
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a E 2 U 20
x
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电势方程
A
I0
U 1
EE11
X
0 1
a E 2 U 20
x
U1 E1 I0r1 jI0x1 E1 I0Z1 U20 E2
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忽略漏阻抗压降后有效值：
U1 E1 4.44 fN1m
空载时的基本方程为
UUE1120EEj421.44I0frN1 1jmI0 x1
E 2 I0
j I0a
4.44 I0r
fN2
m
U1 jI0 x1
I0 r1
E1
α E 2
I0 I0a I0 r
m
E 1
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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。
试谈单相变压器的 空载运行
2.1.1 电磁现象
A
I0
U 1
EE11
X
0 1
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a E 2 U 20
x
2
各量的电磁关系：
U 1
I0
F0 I0N1
0
E 1 E 2
1
E 1 I0r1
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主、漏磁通的区别
性质上： 0 与 I0 成非线性关系，
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漏电势：E1
2
2
fN11 m
2fN11
E1
j2f
N1 1 I0
I0
j2fL1 I0
jI0 x1
x1 2f
N12 Rm
为一次侧漏抗，反映漏磁通 的作用。
对一切电抗： x 2f N 2
Rm
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2.1.4 空载损耗
包括：铜损耗 铁损耗
1 与 I0 成线性关系；
数量上：
占
0
99%以上，1
仅占1%
以下；
作用上： 0 起传递能量的作用，
1 起漏抗压降作用。
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2.1.2 空载电流
作用和组成 一方面：用来励磁，建立磁场（无功分量） 二方面：供变压器空载损耗（有功分量）
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2.1.2 空载电流
性质和大小 主要是感性无功性质，也称励磁电流； 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 I0%来表示。
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空载电流波形
t
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1
2
3
t
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i0
i0
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由于磁路饱和的原因
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空载运行时的等效电路
I0 r1
U 1
x1
E 1 rm xm
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由于主磁通路径（铁心）为非线性磁路，故励 磁阻抗、励磁电阻和励磁电抗均不为常数，大 小随磁路的饱和而减小。
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相量图
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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。
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3. 空载电流大小与主磁通、线圈的匝数及磁路的 磁阻有关，铁心所用材料的导磁性能越好，空 载电流越小。
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