變壓器等效電路

發(fā)布時間:2024-07-16
在變壓器設計時,其空載時的電感量足夠大,其感抗也大,而電阻指銅阻和鐵阻,銅阻是指繞變壓器銅導線的電阻,應該很小,鐵阻是鐵芯變壓器的磁滯損耗,鐵阻與鐵芯的磁滯回線面積成正比,好的變壓器盡量選擇磁滯回線面積小的鐵芯,這部分的電阻也很小。 在研究變壓器的運行問題時,希望有一個既能正確反映變壓器內(nèi)部電磁關系,又便于工程計算的等效電路,來代替具有電路、磁路和電磁感應聯(lián)系的實際變壓器。下面從變壓器的基本方程出發(fā),導出此等效電路。
繞組歸算為建立等效電路,除了需要把一次和二次側漏磁通的效果作為漏抗壓降,主磁通和鐵心線圈的效果作為激磁阻抗來處理外,還需要進行繞組歸算,通常是把二次繞組歸算到一次繞組,也就是假想把二次繞組的匝數(shù)變換成一次繞組的匝數(shù),而不改變一次和二次繞組原有的電磁關系。
從磁動勢平衡關系可知,二次電流對一次側的影響是通過二次磁動勢n2i2起作用,所以只要歸算前后二次繞組的磁動勢保持不變,一次繞組將從電網(wǎng)吸收同樣大小的功率和電流,并有同樣大小的功率傳遞給二次繞組。
歸算后.二次側各物理量的數(shù)值稱為歸算值,用原物理量的符號加“′”來表示。設二次繞組電流和電動勢的歸算值為­­­­′和′,根據(jù)歸算前、后二次繞組磁動勢不變的原則,可得
由此可得二次電流的歸算值­­­­′為
由于歸算前、后二次繞組的磁動勢未變,因此鐵心中的主磁通將保持不變;這樣,根據(jù)感應電動勢與匝數(shù)成正比這一關系,便得
即二次繞組感應電動勢的歸算值′為
再把二次繞組的電壓方程(式(2—22)中的第二式)乘以電壓比k,可得
式中,r2′和x2σ′分別為二次繞組電阻和漏抗的歸算值,r2′=k2r2,x2σ′= k2x2σ;′則是二次電壓的歸算值,′=k。
綜上所述可見,二次繞組歸算到一次繞組時,電動勢和電壓應乘以k倍,電流乘以1/k倍,阻抗乘以k2倍。不難證明,這樣做的結果,歸算前、后二次繞組內(nèi)的功率和損耗均將保持不變。例如,傳遞到二次繞組的復功率為
式中,*號表示復數(shù)的共軛值。二次繞組的電阻損耗和漏磁場內(nèi)的無功功率為
負載的復功率為
即用歸算前、后的量算出的值為相同.因此,所謂歸算,實質(zhì)是在功率和磁動勢保持為不變量的條件下,對繞組的電壓、電流所進行的一種線性變換。
歸算后,變壓器的基本方程變?yōu)?br> t形等效電路 歸算以后,一次和二次繞組的匝數(shù)變成相同,故電動勢=′,一次和二次繞組的磁動勢方程也變成等效的電流關系′=,由此即可導出變壓器的等效電路。
根據(jù)式(2—30)中的第一式和第二式,可畫出一次和二次繞組的等效電路,如
圖2—loa和b所示;根據(jù)第四式可畫出激磁部分的等效電路,如圖2--10c所示。然后根據(jù)′和′=兩式,把這三個電路連接在一起,即可得到變壓器的t形等效電路,如圖2—11所示。
工程上常用等效電路來分析、計算各種實際運行問題。應當指出,利用歸算到一次側的等效電路算出的一次繞組各量,均為變壓器的實際值;二次繞組中各量則為歸算值,欲得其實際值,對電流應乘以k(′),對電壓應除以k(即′/k)。
亦可以把一次側各量歸算到二次側,以得到歸算到二次側的t型等效電路。一次側各量歸算到二次側時,電流應乘以k,電壓除以k,阻抗乘以l/k2。
近似和簡化等效電路 t形等效電路屬于復聯(lián)電路,計算起來比較繁復。對于一般的電力變壓器,額定負載時一次繞組的漏阻抗壓降i1nz1σ僅占額定電壓的百分之幾,加上激磁電流im又遠小于額定電流i1n,因此把t形等效電路中的激磁分支從電路的中間移到電源端,對變壓器的運行計算不會帶來明顯的誤差。這樣,就可得到圖2—12a所示近似等效電路。
若進一步忽略激磁電流(即把激磁分支斷開).則等效電路將簡化成一串聯(lián)電路,如圖2—12b所示,此電路就稱為簡化等效電路。在簡化等效電路中,變壓器的等效阻抗表現(xiàn)為一串聯(lián)阻抗zk,zk稱為等效漏阻抗,
下面將看到,等效漏阻抗zk可用短路試驗測出,故zk亦稱為短路阻抗;rk和xk則稱為短路電阻和短路電抗。用簡化等效電路來計算實際問題十分簡便,在多數(shù)情況下其精度已能滿足工程要求。
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