变压器等效电路

时间:2023-03-16作者:佚名
在变压器设计时,其空载时的电感量足够大,其感抗也大,而电阻指铜阻和铁阻,铜阻是指绕变压器铜导线的电阻,应该很小,铁阻是铁芯变压器的磁滞损耗,铁阻与铁芯的磁滞回线面积成正比,好的变压器尽量选择磁滞回线面积小的铁芯,这部分的电阻也很小。

在研究变压器的运行问题时,希望有一个既能正确反映变压器内部电磁关系,又便于工程计算的等效电路,来代替具有电路、磁路和电磁感应联系的实际变压器。下面从变压器的基本方程出发,导出此等效电路。

绕组归算为建立等效电路,除了需要把一次和二次侧漏磁通的效果作为漏抗压降,主磁通和铁心线圈的效果作为激磁阻抗来处理外,还需要进行绕组归算,通常是把二次绕组归算到一次绕组,也就是假想把二次绕组的匝数变换成一次绕组的匝数,而不改变一次和二次绕组原有的电磁关系。

从磁动势平衡关系可知,二次电流对一次侧的影响是通过二次磁动势N2I2起作用,所以只要归算前后二次绕组的磁动势保持不变,一次绕组将从电网吸收同样大小的功率和电流,并有同样大小的功率传递给二次绕组。

归算后.二次侧各物理量的数值称为归算值,用原物理量的符号加“′”来表示。设二次绕组电流和电动势的归算值为变压器等效电路­­­­′和变压器等效电路′,根据归算前、后二次绕组磁动势不变的原则,可得变压器等效电路

由此可得二次电流的归算值变压器等效电路­­­­′为

变压器等效电路

由于归算前、后二次绕组的磁动势未变,因此铁心中的主磁通将保持不变;这样,根据感应电动势与匝数成正比这一关系,便得

变压器等效电路

即二次绕组感应电动势的归算值变压器等效电路′为

变压器等效电路

再把二次绕组的电压方程(式(2—22)中的第二式)乘以电压比k,可得

变压器等效电路

式中,R2′和X2σ′分别为二次绕组电阻和漏抗的归算值,R2′=k2R2,X2σ′= k2X2σ;变压器等效电路′则是二次电压的归算值,变压器等效电路′=k变压器等效电路。

综上所述可见,二次绕组归算到一次绕组时,电动势和电压应乘以k倍,电流乘以1/k倍,阻抗乘以k2倍。不难证明,这样做的结果,归算前、后二次绕组内的功率和损耗均将保持不变。例如,传递到二次绕组的复功率为

变压器等效电路

式中,*号表示复数的共轭值。二次绕组的电阻损耗和漏磁场内的无功功率为

变压器等效电路

负载的复功率为

变压器等效电路

即用归算前、后的量算出的值为相同.因此,所谓归算,实质是在功率和磁动势保持为不变量的条件下,对绕组的电压、电流所进行的一种线性变换。

归算后,变压器的基本方程变为

变压器等效电路

变压器等效电路 T形等效电路 归算以后,一次和二次绕组的匝数变成相同,故电动势变压器等效电路=变压器等效电路′,一次和二次绕组的磁动势方程也变成等效的电流关系变压器等效电路′=变压器等效电路,由此即可导出变压器的等效电路。

根据式(2—30)中的第一式和第二式,可画出一次和二次绕组的等效电路,如

图2—lOa和b所示;根据第四式可画出激磁部分的等效电路,如图2--10c所示。然后根据变压器等效电路′和变压器等效电路′=变压器等效电路两式,把这三个电路连接在一起,即可得到变压器的T形等效电路,如图2—11所示。

变压器等效电路 工程上常用等效电路来分析、计算各种实际运行问题。应当指出,利用归算到一次侧的等效电路算出的一次绕组各量,均为变压器的实际值;二次绕组中各量则为归算值,欲得其实际值,对电流应乘以k(变压器等效电路′),对电压应除以k(即变压器等效电路′/k)。

亦可以把一次侧各量归算到二次侧,以得到归算到二次侧的T型等效电路。一次侧各量归算到二次侧时,电流应乘以k,电压除以k,阻抗乘以l/k2。

近似和简化等效电路 T形等效电路属于复联电路,计算起来比较繁复。对于一般的电力变压器,额定负载时一次绕组的漏阻抗压降I1NZ1σ仅占额定电压的百分之几,加上激磁电流Im又远小于额定电流I1N,因此把T形等效电路中的激磁分支从电路的中间移到电源端,对变压器的运行计算不会带来明显的误差。这样,就可得到图2—12a所示近似等效电路。

若进一步忽略激磁电流(即把激磁分支断开).则等效电路将简化成一串联电路,如图2—12b所示,此电路就称为简化等效电路。在简化等效电路中,变压器的等效阻抗表现为一串联阻抗Zk,Zk称为等效漏阻抗,

变压器等效电路

下面将看到,等效漏阻抗Zk可用短路试验测出,故Zk亦称为短路阻抗;Rk和Xk则称为短路电阻和短路电抗。用简化等效电路来计算实际问题十分简便,在多数情况下其精度已能满足工程要求。

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