变压器章特性

1、变压器章特性第1页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二第9章 变压器特性9.1 基本特性9.2 运行特性第2页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二9.1 变压器的基本特性9.1.1 空载特性9.1.2 短路特性第3页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二9.1.1 变压器的空载特性1 空载特性定义2 空载试验接线3 空载特性曲线4 空载特性本质5 空载试验用途第4页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二1 空载特性定义副边空载（即电流I2=0）时，原边的电流和输入功率与外加电压U1之间的关系I0=f(U1)和P0=f(U1)称

2、为空载特性。 U1的变化范围是【0， 1.15 U1N 】。第5页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二2 空载试验接线原则：被测阻抗、邻接仪表阻抗尽量拉开距离第6页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二2 续1：为什么空载试验在低压侧加电源？答：电源电压U1的变化范围是【0，1.15 U1N 】，即电源电压要加到超过额定电压。高压侧额定电压高，不安全，也不便于选择仪表。从电流角度看：励磁阻抗较大，导致空载电流较小。一般只占额定电流的百分之十左右。所以，空载试验选在低压侧加电源。第7页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二3 空载特性曲线：用调压

3、器调节外加电压U1，使U1从零逐步升到1.15 U1N为止 第8页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二4 空载特性本质空载特性曲线I0=f(U1)实质上是磁化曲线。当电压较低时，磁通较小，I0U1是线性关系；当电压较高时，磁路逐渐饱和，I0增加较U1快。因此励磁阻抗Zm并非常值，而是随饱和程度的增高而减小。变压器总是在额定电压附近运行，因此，一般只要求额定电压时的Zm值。第9页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二5 空载特性用途：求励磁阻抗Zm原边漏阻抗比励磁阻抗小得多，可忽略不计。励磁阻抗为： 原边电阻较励磁电阻小得多，可忽略不计。励磁电阻为：于是，励磁电

4、抗为：第10页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二5 续1：励磁阻抗的归算由于空载试验在低压侧进行，故测得的数据为归算到低压侧的值。如果低压侧为副方，则需把计算结果归算到高压侧，各参数应乘以电压比的平方，即k2。如果低压侧为原方，则计算结果无须归算。第11页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二9.1.2 变压器的短路特性1 短路特性定义2 短路试验接线3 短路特性曲线4 空载特性本质5 短路试验用途第12页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二1 短路特性定义副边短路时，原边的电流和输入功率与外加电压之间的关系Ik=f(U1)和Pk=f(U1

5、)称为短路特性。 Ik的变化范围：【0， 1.2 I1N 】。U1的变化范围：从简化电路可知，是【0， 1.2 I1N * Zk】。变压器的短路阻抗很小，额定负载时的短路压降一般只有额定电压的百分之十左右。因此，短路试验所加电压不高。第13页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二2 短路试验接线原则：被测阻抗、邻接仪表阻抗尽量拉开距离第14页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二2 续1：为什么短路试验在高压侧加电压？答：短路试验所测电流最大值为额定电流I1N的1.2倍。降压变原边（高压侧）的额定值：压高流小；升压变副边（高压侧）的额定值：压高流小。所以，从电流

6、角度看，短路试验应在高压侧加电压进行。如果选择在低压侧做短路试验，则由于低压侧额定电流大，选择仪表不便。定义短路特性时已说明：短路试验时所加电压不高。只是短路压降的1.2倍。所以，无论从电流还是从电流角度，短路特性都应在高压侧加电压。第15页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二3 短路特性曲线：用调压器调节外加电压U1，使U1从零逐步升到使Ik达到1.2 I1N为止 第16页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二4 短路特性本质短路特性曲线实质上反映的是短路阻抗的特性。第17页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二5 短路特性用途：求短路阻抗Z

7、k短路时所加电压只有额定电压的百分之十左右，故主磁通较小，励磁电流很小，可采用简化等效电路计算。短路阻抗为： 短路电阻为： 短路电抗为：第18页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二5 续1：短路电阻的分离上式中Rk是已折算到原边的短路电阻；R1和R2是待分离的原、副边绕组的电阻，是交流电阻；r1和r2是原、副边绕组的直流电阻，可用电桥测量。 解上述联立方程，即可分离短路电阻。第19页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二5 续2：短路电抗的分离短路电抗无法用实验方法分离。只好近似按上式处理。第20页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二5 续3

8、：短路阻抗的归算由于短路试验在高压侧进行，故测得的数据为归算到高压侧的值。如果高压侧为副方，则需把计算结果归算到原方-低压侧-因为短路特性是在原方定义的。归算方法：各参数应乘以电压比的平方，即k2。第21页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二5 续4：短路电阻的温度换算75是标准温度。 是实验温度。第22页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二5 续5：短路电压的概念短路电压-通以额定电流时，短路阻抗上的电压，也叫阻抗电压。它是变压器的一个很重要的性能指标。从正常角度，希望它小些-降低电压调整率；从故障角度，希望它大些-限制短路电流。上式表明：短路电压=短路阻

9、抗的标幺值。第23页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二9.2 变压器的运行特性9.2.1 外特性9.2.2 效率特性第24页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二9.2.1 外特性1 外特性定义2 外特性表达式的推导3 外特性图形4 外特性的指标-电压调整率第25页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二1 外特性定义定义-在电源电压额定、负载功因恒定的条件下，副边电压随电流变化的规律称为外特性，记为U2f(I2)。若用标幺值表示，则为：U1*1，cos2=常值时，U2*f(I2*)。第26页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期

10、二2 外特性表达式的推导Step 1 画简化电路图-副边电压、电流之正向与以前不同。第27页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二Step 2 采用标幺值第28页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二Step 3 画标幺值形式的简化电路图。第29页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二Step 4 画简化相量图（感性负载）注意：1）副边压、流正向已变。 2）所有量（变量、参数）都已采用标幺值。第30页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二Step 5 用几何关系求解第31页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二St

11、ep 5 续1：略去二次项，得到外特性表达式可见，外特性是一条直线，其斜率为（Rk*cos2+Xk*sin2）,它可能为正，可能为负，亦可能为零。图形见下。-推导完毕。第32页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二3 外特性图形第33页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二4 外特性的指标-电压调整率定义：电压调整率，也叫电压变化率 -原边加额定电压时，副边从空载到额定负载电压变化与副边额定电压的比率。常用百分比表示。记为u。据定义，并据前面推导的外特性表达式U2* = f(I*)，有：第34页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二4 续1：电压

12、调整率的三个决定因素电压调整率表达式：三个决定因素：1）负载程度 ，= I* 。2）负载性质2。3）变压器的内部阻抗：短路电阻Rk*、短路电抗Xk*。当负载为感性时，2正，u正， ULU20。当负载为阻性时，2正，u正， ULU20。第35页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二4 续2：五种典型负载下的电压变化率1）当负载为感性时，2正，u正， ULU20 。2）当负载为阻性时，2正，u正， ULU20 。4）当负载为容性，且容到一定程度时，2足够负，u变负，ULU20 。5）当负载为容性，且容到刚好使Rk*cos2+Xk*sin2 = 0 时，2负，u = 0，ULU20

13、。第36页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二4 续3：电压调整率的图形2第37页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二4 续4：什么叫额定电压调整率？-额定负载时的电压调整率。额定负载时I*=1。额定电压调整率是变压器的主要性能指标之一。通常uN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。 第38页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二9.2.2 效率特性1 变压器效率之定义2 效率的伴侣-损耗3 变压器效率特性之定义4 变压器效率特性表达式的推导5 效率特性图形6 最大效率7 额定效率8 例题9-2第39页

14、，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二1 变压器效率之定义定义-变压器输出功率P2与输入功率P1之比。第40页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二2 效率之伴侣-损耗变压器损耗分类按物理标准分-铜耗、铁耗：原副边绕组均有电阻，该电阻上的损耗pcu1=I12R1、pcu2=I22R2即为铜耗。因为绕组一般由铜线制成，故有此谓。变压器铁芯处于交变磁场中，会产生磁滞损耗、涡流损耗，此二者合成铁芯损耗，简称铁耗。按数学标准分-可变损耗、不变损耗：铜耗随电流大小而变，是可变损耗；铁耗随电压大小而变，而变压器工作时电压基本不变，故称铁耗为不变损耗。第41页，共53页，20

15、22年，5月20日，5点12分，星期二3 变压器效率特性之定义定义-变压器效率特性是指原边加额定电压、副边功因不变时，变压器效率随负载电流变化的规律，即f(I2)。 第42页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二4 效率特性表达式的推导Step 1 基于定义得到初始表达式，如右：Step 2 假设：副边电流变化时，副边电压不变，即忽略副边电压变化对效率特性的影响。再考虑输出、损耗与副边电流的关系，得最终表达式，如右：第43页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二5 效率特性的图形第44页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二6 变压器的最大效率将

16、效率特性两边对I2求导，并令之等于零，得最大效率条件：上式表明：当变压器取得最大效率时，铜耗 = 铁耗，即，可变损耗 = 不变损耗。考虑到：铁耗基本等于空载损耗，铜耗基本等于短路损耗，并且负载电流采用标幺值，我们有：第45页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二6 最大效率： 续1考虑到：铁耗基本等于空载损耗，铜耗基本等于短路损耗，并且负载电流采用标幺值，我们有：右边pkN代表副边电流达额定值I2N时的短路损耗。第46页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二6 最大效率： 续2一般电力变压器的p0 / pkN = 1/4 1/3，相应的最大效率发生在I2* = 0.50.6左右。不将变压器设计成满载（I2*=1）时达到最大效率，是因为变压器并非经常满载运行。铜耗随时变化，铁耗恒定存在。故常设计成较小铁耗。这对提高总体效率有利。第47页，共53页，2022年，5月20日，5点12分，星期二7 额定效率第48页，共53页，2022年，5