8电机学－变压器工作原理运行分析

1、内容回顾2-4变压器的参数测定空载实验实验目的：求出变比 k、空载损耗 p0 和激磁阻抗 Zm 。注意事项：为了试验安全和仪表选择方便，一般在低压边加实验步骤：进行试验时，高压边开路，低压边加上额定电压U1N，测量副边电压U20 、空载电流I0及空载输入功率p0 。参数计算：zm z0 U1NIr 0p0Im0Ix 20zr2m000k 高压边匝数 U 20低压边匝数低压边电动U1N内容回顾短路实验实验目的：求出负载损耗 pk 、短路阻抗Zk 和短路电压 uk。注意事项：为了便于测量，稳态短路试验通常将高压绕组接到实验步骤：进行试验时，副边短路，原边通过调压器接到电pk 。测量这时的电压 Uk

2、，原边电流 Ik，和输入功率参数计算：UzkkUIkrpkzk75Cr2rk75Cr(2352xkxIk2Ikzr22xkkkzr22k75Ck(235)阻抗电压所谓阻抗电压是短路阻抗与原边额定电流的乘积用原：u I1Nzk75z100%UkU1N上式表明，阻抗电压就是变压器短路电流达额定值时u I1Nrk75r100%UkrU1NukxI1N xk U100%uk1Nuu22uukrkx内容回顾2-5标幺值（p.u值）标幺值实际值基值标幺值的表示方法：当选用额定值为基值时，原、副边电压、电流的标幺U1*U1U1U1N*U2U2U2NU2原、副绕组阻抗的基值分别取z1NU1N/ I1N ,z2

3、U2/ I2N原、副绕组漏阻抗的标幺值为 ：zzz I1N Uz2zzz I2 N z2U1N1N2N2N计算标幺值时应注意以下问题：在三相变压器中，实际值为相值，则基值也应在对称三相电路中，线值和相值的标幺值是相等的。在交流电路里，最大值和有效值的标幺值是相等的。实际值与基值的单位必须一致。基值虽然可以任意选取，但电压 U、电流 I、 Z和视在功率 S基值之间必须满足欧姆定律表达式、功率表达式。四个量中有两个量的基值可以任4) 归算值的基值，应取被归算到所在边的基值。* Ir2r I(kr ) r 2N2 1N21N2 1N2U2U1N/U1NU1N采用标幺值具有下列优点：不论变压器的容量相

4、差多大，用标幺值表示的参数采用标幺值时，原、副边各物理量不需要进行归算* Ir2r I(kr ) r 2N2 1N21N2 1N2U2U1N/U1NU1N采用标幺值后，各物理量的数值简化。采用标幺值后，各物理量额定值的标幺值等于1，采用标幺值后，某些物理量具有相同的数值，例zk*zkzkzN IN zkUN UkUNU ukrku*rkukkrxu*xukkx采用标幺值具有下列缺点：标幺值的缺点是没有单位，因而物理概念不明确，变压器的运行分析2-6 变压器的运行性能电压调整率当原边接在额定频率和额定电压的电网上，空载 U20 与在给定负载功率因数下副边电压 U2的算术差，用副边额定电压的百分数

5、表示的数值，即:U U20UU2N100%UNUUN100% U1NU100%U1N注：变压器带上负载之后，由于变压器内部的漏阻抗 U2 与空载电压 U20 不相等，通常用电压调整率来表示副边电压变化的程度。电压调整率是表征变压器运行性能的重要数据之一，它反映了变压器供电电压的稳定性。电压调整率U与变压器的参数和负载性质有关，简化相量图求出。1NxkP2F2EBC1OU U1NU100% CD100%U1NU1N cos2 I1 sin2100%U1N(II1N Ucos2IIII1N xk Usin100%1N1N1N1Nxk2 (ukrxk2cos2ukxsin2)100%k (r*kco

6、s2* sin)100%U (ukrcos2ukxsin2)1 (uxk22xk2cos2ukrsin2)kk22 (r*kk22cos2 *sin)12(x*k2kcos2r*sin2)讨论：1）I1/I1N= I2/I2N 称为负载系数，额定负载时， 1；2）电压调整率随着负载电流的增加而正比增加，3)* r* ，故在纯电阻负载时，xkkkk22电压调整率很小。在感性负载时，U为正值；若xkkkk22负载为容性，在x* sinr*cos时， U为负值，即负载时副边电压反而比空载电压高。变压器的运行分析2-6 变压器的运行性能损耗与效率变压器产生的损耗：负载损耗和铁耗。基本负载损耗电流流过线

7、圈所产生的电阻损耗。负载损耗附加负载损耗漏磁场引起的电流集肤效应，使有效电阻、铜耗增加的这部分损 耗；以及漏磁场在结构部件中引起 的涡流损耗等。附加负载损耗很难 准确计算，一般是把直流电阻乘上 基本铁耗变压器铁芯中的磁耗、涡流损耗铁耗附加铁耗包括叠片间由于绝缘损伤所引起的局部涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗以及高压变压器中的介质损耗等。说明：负载损耗与负载电流的平方成正比，因而负载损1铁耗近似正比于 Bm2，在已制成的变压器中近似于 U12。由于变压器的原边电压一般保持为 U11U1N ，故铁耗又称为不变损耗。变压器的效率：输出功率和输入功率之比就是效率， 100%变压器效率也是表征

8、变压器性能的重要指标，它表征 p p fe pcu 100% p 100%p 1100%p 1p fe pcu100%p fe pcu p 2p10kN100%NNcos2 p0 2kN为简便计，计算时作下列假定（满足工程实际要求）：1）计算P2 时，忽略负载时U2 的变化。即认为：2 I2cos2U2I2(I2I2)cos2 SNcos22）认为负载时的铁耗等于额定电压下的空载损耗p0 ，PfeP0 常数3）认为额定负载时的负载损耗等于额定电流时的短损耗。稳态短路试验时，外加电压很低，故铁心磁p I2r I1I2 2p2cu12I1N1NkkN讨论：max0.20.81.01）在一定性质的负

9、载下，效率随负载系数而变化。取的负载系数代入，可得f(max0.20.81.01.00.50m讨论：空载时输出功率为零，所以0 。负载小时，空载 p0 占输出功率的百分数较大，效率很低。负载增加时，P2 增加,上升。当超过某一负载时，与2 成正比的负载损耗增加很快，效率反而下降。这样，效率有一最大值。max的求取：令d 0dp0p0pkNp02或m 即当不变损耗等于可变损耗时，效率达到最大值。2p 0100%max p0pSNpSkNcos2 2p0 讨论：由于变压器长期接在线路上，铁耗总是存在的，损耗随负载变化而变化，故铁耗小对全年的平均效率有利。一般变压器的最大效率发生在0.50.6左右。

10、变压器的运行分析作业本章小结变压器的运行分析根据变压器内部磁场的实际分布情况和所起的作用不主磁通沿铁心闭合，在原、副线圈内感应电动势，在变压器中，既有电路问题，又有磁路问题，且磁路和Zm、漏电抗x1 和x2 ，再经过归算，变压器中的电磁关系就可以用一个原、副边之间有电流联系的等效电路来代替。分析变压器内部的电磁关系可采用三种方法，基本方程基本方程式是电磁关系的一种数学表达式，相量图是基本方程式的一种图形表示法，而等效电路是从基本式出发用电路来模拟实际变压器，因此，三者完全一致，知道了其中一种就可以推导出其它两种。由于解方程式组比较复杂，在实际工作中，如作定性分析可采用相量图，如作定量计算，则采

11、用等效电路。无论列基本方程式、画相量图和等效电路，都必须首正方向规定的不同，方程式中各物理量的符号和相量图相量方向也不同。激磁电抗xm、漏电抗x1 和x2 的每一个电抗都与磁场中的一个磁通相对应。xm 对应于主磁通，漏电抗x1 和x2 则分别对应于原、副绕组的漏磁通。由于主磁通沿铁心闭合，受磁路饱和的影响，故参数xm 不是常数。漏磁通主要通过非磁性物质闭合，基本上不受铁心饱和的影响，所以x1 和 x2 基本上是常数。电压调整率U 和效率是变压器的主要性能指标。U 的大小表明了变压器运行时副边电压的稳定性，效则表明运行的经济性。参数对U和有很大的对已制成的变压器，参数可以通过试验测出。从电kk压调整率的观点看，希望短路阻抗zkk*小些，但z*过小，k变压器短路电流过大，短路电磁力亦大。因此国家标准种容量变压器的 zk*都做了规定，一般而言，容量kk越大，电压愈高，z* 亦愈大。k本章结论对三相变压器对称运行同样适用，只是研究 变压器的运行分析例题m ，若电源电压不变，在额定负载时其主磁通近似为（）Z1=Z2，则副边稳态短路时的主磁通近似为（）。变压器的运行分析例题一台三相变压器，额定电压为380