电力变压器的参数与数学模型 2.3.1理想变压器
对于理想变压器,假定:
绕组电阻为零;因此绕组损耗IR为零。铁心磁导率
2
是无穷大,所以铁心磁阻为零。不计漏磁通;即
整个磁通为铁心和一次侧绕组、二次侧绕组相交链的磁通。不计铁心损耗。
图2-20双绕组变压器内部结构 图2-21 双绕组变压器示意图
从安培和法拉第定律知:
(2-46)
磁场强度矢量Hc 为
(2-47)
其中,磁场强度、磁感应强度和磁通量的关系为
由于理想变压器铁心磁导率为无限大,则磁阻Rc近似为零。
(2-48)
上式可写为:
图2-21为双绕组变压器的示意图。
(2-49)
或者
图2-21中的标记点表示电压E1和E2,在标记点侧是+极,为同相。如果图2-21中的其中一个电压极性反向,那么E1与E2相位相差180。 匝数比k定义如下:
o
理想单相双绕组变压器的基本关系为
(2-50)
(2-51)
由推导可得两个关于复功率和阻抗的关系如下。图2-21中流进一次侧绕组的复功率为
(2-52)
代入(2-50)和(2-51)
(2-53)
可见,流进一次侧绕组的复功率S1与流出二次侧绕组的复功率S2相等。即理想变压器没有有功和无功损耗。
如果阻抗Z2与图2-21中理想变压器的二次侧绕组相连,那么
(2-54)
这个阻抗,当折算到一次侧时,为
(2-55)
因此,与二次侧绕组相连的阻抗Z2折算到一次侧,需将Z2乘以匝数比的平方k。 2.3.2实际双绕组变压器 1.简化条件
实际单相双绕组变压器,与理想变压器的区别如下: 计及绕组电阻;铁心磁导率
为有限值;磁通不完全由铁心构成;计及铁心有功和无功损耗。
2
图2-22实际单相双绕组变压器的等效电路图
电阻
串联于图中一次侧绕组,用于计及该绕组损耗IR。电抗
2
为一次绕组的漏电抗,串联于一次绕
组用于计及一次绕组的漏磁通。这个漏磁通是仅与一次绕组交链的磁通的组成部分,它引起电压降落
,对应
且超前
。漏电抗引起无功损耗
。类似的,二次绕组中串联了电阻
和电抗
。
由于变压器铁心磁导率为有限值,式(2-48)中磁阻为非零。除以,化简后得到,
(2-56)
定义等式(2-56)右侧项为,称为磁化电流,相位滞后,可以通过并联电感元件-电纳描述
西描述,输送电流为铁心损
西。另外,实际上还有另外一个并联支路,通过电阻器-电导
耗电流
。与同相位。当包含铁心损耗电流时,上式变为
(2-57)
图2-22中的等效电路,包括并联导纳正弦电压
,I1包括两个部分:铁心损耗电流
。注意当二次绕组开路(
和磁化电流
。与
相关联的有功损耗
),一次绕组输入为
W,有功损耗为铁心损耗,包括磁滞和涡流两个部分。磁滞损耗的产生是因为铁心中磁通变化一个循环需要消耗热能。采用高品质的钢合金作为铁心材料可以减少磁滞损耗。涡流的产生是因为磁铁心的感应电流(涡流)与磁通正交。同样可以通过采用合金钢薄片作为铁心使涡流损耗降低。与
var。这个无功功率用于磁化铁心。向量和
相关联的无功损耗为
。
称为励磁电流