电机课件6变压器2r

1、变压器的基本特性和运行特性一、变压器的基本特性¾空载特性¾短路特性二、标三、变压器的运行特性¾外特性与电压变化率¾效率特性与效率2012-6-11一、 变压器的基本特性1. 空载特性根据变压器的空载试验可以求得变比k、空载损耗p0、空载电流I0以及励磁阻抗Zm。依据等效电路和测量结果而得到下列参数:k =U1U2变压器的变比由于Zm>>Z1 ，可忽略Z1 ，则有：Zm =U1I0励磁阻抗2012-6-12Rm=p0I02Xm=(Zm2-Rm2)1/2励磁电阻励磁电抗应注意，上面的计算是对单相变压器进行的，如求三相变压器的参数，必须根据一相的空

2、载损耗、算。压、流来计空载试验可以在任何一方做，若空载试验在一次侧进行，则测得的励磁阻抗 Z (1)= k 2 Z (2)，为了安全和方便,一般空载实验mm在低压。在高压方、低压方施加额定电压做空载试验时，空载损耗相等。2012-6-13变压器的空载试验特性曲线2012-6-142. 短路特性根据变压器的短路试验可以求得变压器的负载损耗、短路阻抗 Zk 。下图是一台单相变压器的接线图和等效电路图将变压器二次侧短路，一次侧施加一很低的电压，以使一次侧电流接近额定值。测得一次侧电压Uk，电流Ik，输入功率Pk。2012-6-15短路试验时，Uk很低（4%10%U1N），所以，铁心中主磁通很小，励磁

3、电流完全可以忽略，铁心中的损耗也可以忽略。从电源输入的功率Pk等耗，亦等于负载损耗。根据测量结果，由等效电路可算得下列参数：Zk=UkIk短路阻抗短路电阻短路电抗R = P / I 2kkkXk=(Zk2-Rk )2 1/22012-6-16电阻值随温度的变化而变化。考虑温度变化时，变压器的电阻应做折算。的室温为q °C ，则换算到 75°C如果短路时的电阻计算如下：=Rk (75°C )2012-6-17同空载试验一样，上面的分析时对单相变压器进行的，求三相变压器的参数时，必须根据一相的负载损耗、压、相电流来计算。短路试验可以在高压方做也可以在低压方做，所求得的

4、Zk是折算到测量方的。在低压方做短路试验时，负载损耗值不变，但Ukf 2 太小，Ikf 2 太大，调节设备难以满足要求，试验误差也较大。故短路试验通常在高压。2012-6-18思考：是否变压器的负载电流越大时，变压器的磁路就越趋于饱和？分析如下：e = -N dFdt以上关系式表征了：磁路的运行状态可直接由其相关的感应电动势表示出来，与负载电流并无直接关系。例如：短路实验时的负载电流比空载实验时的要大，但是此时磁路却工作性区间。2012-6-19思考：一次侧和二次侧的漏抗用实验的方法无法分离。如果要分离时，为何通常假设如下？ k 2分析如下：= w N2LX1s1s1= w N2L2s2X 2

5、s= w N2L'X2s2s1该假设实际是基于绕组折算的思想，认为变压结构对称其一次侧和二次侧的漏磁路磁导基本相同。2012-6-110二、标值在电力工程的计算中，电压、电流、阻抗、功率等通常不用它们的实际值表示，而用其实际值与某一选定的同的基值之比来表示。此选定的值称为基值，此比值称为该物理量的标值或相对值。对于三相变压器一般取额定压作为电压基值，取额定流作为电流基值，额定视在功率作为功率基值。2012-6-111一、二次侧压、流标值U1fU2f=U *；U *1f2fUU1f N2f NI1fI2f=I *I *；1f2fII1f N2f N一、二次侧短路阻抗的标值= I1f N

6、Z1k= I2f N Z2kZ *Z *；1k2kUU1f N2f N2012-6-112使用标值的优点（1）不论电力变压器容量相差多大，用标值表示的参数及性能数据变化范围很小。例如空载电流I0*约为0.0050.025，短路阻抗标值Zk*约为0.040.105。（2）二次侧物理量对二次侧基值的标值等于该物理量的折算值对一次侧基值的标值。因此，使用标值后，不再需要进行一、二次侧之间的折算。例如：I 'II / kI2 = I*' * 2 2 I2 N 2 2 I1NI2 N/ kU 'UU kU2 = U*' * 2 2 U2 N 2U2 N k 2 U1N20

7、12-6-113（3）用标例如：值后，某些物理量具有相同的标值。= Z *；U * = R* = P* ；U *= X *U *kkkrkkNkxkUkU *=I= I,kk1NU1NZkZk= Zk I1NUk= U *Z *kU1kZUUNN1N1NI1NRkRk= Rk I1N= UkR= U *R*kkRU1ZUUNN1N1NI1N2 RPIR IRR= R*P* kN kk k 1N k k kNU1kSUIUZNN1N1N1NNI1N2012-6-114三、 变压器的运行特性1. 外特性与电压变化率外特性：电源电压U1和负载的功率因数cos2保持 不变的条件下，二次侧端电压随负载电

8、流的变化规律U2=f (I2)U2 =f (I2 )*或电压变化率定义为：变压器一次侧绕组施加额定电压、负载大小I2及其功率因数cos2一定时，二次侧空载电压U20与负载电压U2之差与二次侧额定之比，通常用百分数表示。即DU = (U20 -U2 ) /U2 N ´100%= (U2 N -U2 ) /U2 N ´100%-U2¢ ´100%= U1NU1N2012-6-115为了进一步分析变压器的电压变化率，可以引入简化等效电路图和其相量图。jI * X *kU * *1I Rk-U ' * 2-I ' * = I * = I *212

9、012-6-116jI * X *k= 1* 1UI * X * sin jk2U * =1-(I *R * cosj+ I * X * sin j )2k2k2I * R *kDU * =I *R * cosj+ I * X * sin j2k2k2I * R * cosj *U 1k2I 'Ib = I '* = I * 2 2 2II2 N1N-U ' * 2b (R * cosj+ X * sin j )DU*=j2k2k22-I ' * = I *= I *212012-6-117根据简化向量图推导出电压变化率的简化计算公式如下b (R * cosj+

10、 X * sin j ) ´100% = DUDU=*2k2k2式中，=I2I2N，称为负载系数。（1）U的大小与短路阻抗的标值Zk*（Rk*、Xk*）、负载大小（I2*）和负载性质（cos2）有关；（2）短路阻抗的标值Zk*，U越大，负载变化时，负载电压波动较大。因此，从运行角度看，希望Zk*小些较好。但从限制短路电流大小的角度看，Zk*又不能太小。（3） 感性负载时，U>0，二次侧端电压U2随负载电流I2的增大而下降；（4） 容性负载时，U可能小于0，二次侧端电压可能随负载电流I2的增加而升高。2012-6-118当负载为额定负载、功率因素为指定值时的电压调整率，称为额定电

11、压调整率。额定电压调整率是变压器的主要性能指标之一，通常约为5%左右。所以，一般电力变压器的高压绕组均有5%的抽头，以便进行电压调节。2012-6-119思考：试从等效电路的角度分析：为何变压器接容性负载时，二次侧电压随负载电流增加而增加？分析如下：U 1I =11R + jwL+kkjwCL1U = I L1jwCL11= I=I 'CUIL21jwCL1jwCLL2012-6-1202. 效率特性和效率变压器的效率定义为h = P2 ´100% =P2P2 + å p´100%P1其中，P1为一次侧绕组的输入功率；P2为二次侧绕组输出功率； p为所有损

12、耗之和。å p = p+ p= p + mI 2R''Fecu02k2012-6-121变压器的效率可以应用等效电路来计算，也可以用实验来测定。但是采用等效电路来计算变压器的效率，需要已知变压器的参数。由于电力变压器的效率很高，实验时输入输出的差别较小。因此，工程上常用间接法计算效率，即通过空载和短路实验测出铁耗和铜耗，再计算效率。2012-6-122为了简化计算，作以下几个假定：（1）以额定电压下空载损耗 p0 作为铁耗，并认为铁耗不随负载而变化。pKN 作为额定负（2）以额定电流时的负载损耗载电流时的铜耗，并认为铜耗与负载系数的平方成正比。（3） 计算 P2时，忽

13、略负载运行时二次侧电压的变化，即二次侧电压为额定电压。2012-6-123在应用了上述的三个假定后，定义式变为mU20 I2 cosj2h =I cosj + p + mI 2R''mU202202k采用这些假定引起的误差不超过0.5%，而且对所有的电力变压器都用这用方法来计算效率，可以在相同的基础上进行比较。2012-6-124效率计算也可以采用负载电流标数）的形式。此时，效率计算如下值（负载系mUI cosjI *Scosjh = 2022 2N2I cosj + p + mI 2R''I *Scosj + p + I *2 pmU202202k2N202k

14、NI2I *Scosjcosjcosj= mUmUII2N2202 N22022I2 NI2= (= mI 2R''I *2 p)2 mI 2R''2kN2 Nk2kI2 N2012-6-125在一次侧电压和二次侧负载功率因数不变时，变压器效率随负载电流或者负载系数而变化的曲线称为效率特性。效率最大值可由效率对负载电流的微分求出。0 = dh =mU20 cosj2I cosj + p + mI 2R''dImU2202202kI cosj (mUcosj+ p + 2mIR'' )mU-202220202kI cosj+ p+ mI 2R'' )2(mU202202kÞ p - mI 2R'' = 002k此时，铜损等于铁损。2012-6-126效率最大值也可由效率对负载系数的微分求出。dh = 0dh= 0dbdI *2可得p0b= I *=m2pkN2012-6-127当铜耗等于铁耗时，变压器的效率达到最高，。但这是指的瞬时工作效率，对实际电力变压器，p0是常年损耗，只要挂网就有空载损耗，而负载系数随时间变化较大，故 我国新S9系列配电变压器pk