變壓器外特性與效率特性

1、、變壓器的外特性及電壓變化率變壓器空載運(yùn)行時(shí)，若一次繞組電壓 U不變，則二次繞組電壓12也是不變的。 變壓器加上負(fù)載之后，隨著負(fù)載電流丨2的增加，I 2在二次繞組內(nèi)部的阻抗壓降也 會(huì)增加，使二次繞組輸出的電壓 U2隨之發(fā)生變化。另一方面，由于一次繞組電 流Il隨U增加，因此丨2增加時(shí)，使一次繞組漏阻抗上的壓降也增加，一次繞組 電動(dòng)勢E和二次繞組電動(dòng)勢E2也會(huì)有所下降，這也會(huì)影響二次繞組的輸出電壓 U2。變壓器的外特性是用來描述輸出電壓 U2隨負(fù)載電流丨2的變化而變化的情況。當(dāng)一次繞組電壓U和負(fù)載的功率因數(shù)cos © 2一定時(shí)，二次繞組電壓U2與負(fù)載電 流丨2的關(guān)系，稱為變壓器的外特性

2、。它可以通過實(shí)驗(yàn)求得。功率因數(shù)不同時(shí)的 幾條外特性繪于圖217中，可以看出，當(dāng)cos© 2=1時(shí)，U2隨丨2的增加而下降 得并不多；當(dāng)cos © 2降低時(shí)，即在感性負(fù)載時(shí)，U隨I2增加而下降的程度加大， 這是因?yàn)闇蟮臒o功電流對變壓器磁路中的主磁通的去磁作用更為顯著，而使 Ei和巳有所下降的緣故；但當(dāng)cos © 2為負(fù)值時(shí)，即在容性負(fù)載時(shí)，超前的無功 電流有助磁作用，主磁通會(huì)有所增加，E和E2亦相應(yīng)加大，使得U會(huì)隨|2的增加而提高。以上敘述表明，負(fù)載的功率因數(shù)對變壓器外特性的影響是很大的。圖2 - 17 變壓器外特性在圖2 17中，縱坐標(biāo)用U2/U2n之值表示，而

3、橫坐標(biāo)用12/12N表示，使得在坐 標(biāo)軸上的數(shù)值都在01之間，或稍大于1,這樣做是為了便于不同容量和不同 電壓的變壓器相互比較。一般情況下，變壓器的負(fù)載大多數(shù)是感性負(fù)載， 因而當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，輸出電壓 U總是下降的，其下降的程度常用電壓變化率來描述。當(dāng)變壓器從空載到額定負(fù)載（I2=I2N）運(yùn)行時(shí)，二次繞組輸出電壓的變化值 U與空載電壓（額定電壓） U2n之比的百分值就稱為變壓器的電壓變化率，用 U%來表示。hU%二學(xué)-仝門加eecfansoom 電 護(hù)董攤 宣< «式中，Un為變壓器空載時(shí)二次繞組的電壓（稱為額定電壓）； U為二次繞組輸出 額定電流時(shí)的電壓。電壓變化率反映了供電電

4、壓的穩(wěn)定性，是變壓器的一個(gè)重要性能指標(biāo)。 U%越 小,說明變壓器二次繞組輸出的電壓越穩(wěn)定，因此要求變壓器的 U%越小越好。 常用的電力變壓器從空載到滿載，電壓變化率約為 3%5%。例24:某臺(tái)供電電力變壓器將 Un=10000V的高壓降壓后對負(fù)載供電，要求該 變壓器在額定負(fù)載下的輸出電壓為 U2=38OV,該變壓器的電壓變化率 U%= 5%， 求該變壓器二次繞組的額定電壓 U2n及變比K。解：由式（2得Sirxl00% = 5%兀-380這樣，就能理解在電力變壓器銘牌中為什么給額定線電壓為38OV的負(fù)載供電時(shí)，變壓器二次繞組的額定電壓不是 38OV,而是4OOV。二、變壓器的損耗及效率變壓器從

5、電源輸入的有功功率Pi和向負(fù)載輸出的有功功率R可分別用下式計(jì)算Pi=UI iCOS）iP 2=UI 2COS|） 2兩者之差為變壓器的損耗 P,它包括銅損耗P3U和鐵損耗Re兩部分，即 P = Ru +FFe1 .鐵損耗FFe 變壓器的鐵損耗包括基本鐵損耗和附加鐵損耗兩部分。基本鐵損耗包括鐵心中的 磁滯損耗和渦流損耗，它決定于鐵心中的磁通密度的大小、 磁通交變的頻率和硅 鋼片的質(zhì)量等。附加損耗則包括鐵心疊片間因絕緣損傷而產(chǎn)生的局部渦流損耗、主磁通在變壓器鐵心以外的結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等，附加損耗約為基本損耗的15%20%左右。變壓器的鐵損耗與一次繞組上所加的電源電壓大小有關(guān)，而與負(fù)載電流的

6、大小無關(guān)。當(dāng)電源電壓一定時(shí)，鐵心中的磁通基本不變，故鐵損耗也就基本不變，因此 鐵損耗又稱“不變損耗”。2 銅損耗Pcu 變壓器的銅損耗也分為基本銅損耗和附加銅損耗兩部分?；俱~損耗是由電流在 一次、二次繞組電阻上產(chǎn)生的損耗，而附加銅損耗是指由漏磁通產(chǎn)生的集膚效應(yīng) 使電流在導(dǎo)體內(nèi)分布不均勻而產(chǎn)生的額外損耗。附加銅損耗約占基本銅損耗的3%20%。在變壓器中銅損耗與負(fù)載電流的平方成正比， 所以銅損耗又稱為“可 變損耗”3.效率變壓器的輸出功率P2與輸入功率Pi之比稱為變壓器的效率 n，即由于變壓器沒有旋轉(zhuǎn)的部件，不像電機(jī)那樣有機(jī)械損耗存在，因此變壓器的效率 一般都比較高，中小型電力變壓器效率在 95

7、%以上，大型電力變壓器效率可達(dá) 99%以上。例2-5: S9 500/10低損耗三相電力變壓器額定容量 500kV- A,設(shè)功率因素為1,二次電壓 5=400V,鐵損耗PFe=0.98KW 額定負(fù)載時(shí)銅損耗=FCu= 4.1kW,求二 次額定電流12N及變壓器效率n。_500 x1000解：_ 73 x 400eiecfans oomr xl00%=& xlOO%-邑X100%-x 100% = 99%儼好P2 + AP乙+兒十卩盹500 + 0.98+4.1前面已經(jīng)講過降低變壓器本身的損耗，提高其效率是供電系統(tǒng)中一個(gè)極為重要的 課題，世界各國都在大力研究高效節(jié)能變壓器， 其主要途徑：

8、一是采用低損耗的 冷軋硅鋼片來制作鐵心，例如容量相同的兩臺(tái)電力變壓器，用熱軋硅鋼片制作鐵 心的SJI 1000/10變壓器鐵損耗約為4440W用冷軋硅鋼片制作鐵心的S71000/10變壓器鐵損耗僅為1700W后者比前者每小時(shí)可減少 2.7kWh的 損耗，僅此一項(xiàng)每年可節(jié)電23 652kWh。由此可見，為什么我國要強(qiáng)制推行使 用低損耗變壓器。二是減小銅損耗，如果能用超導(dǎo)材料來制作變壓器繞組，則可使其電阻為零，銅損耗也就不存在了。世界上許多國家正在致力于該項(xiàng)研究，目前已有330kV單相超導(dǎo)變壓器問世，其體積比普通變壓器要小 70%左右，損耗 可降低50%。4 效率特性變壓器在不同的負(fù)載電流丨2時(shí)，輸出功率P2及銅損耗Pcu都在變化，因此變壓器 的效率n也隨