電機課件6變壓器2r

1、變壓器的基本特性和運行特性一、變壓器的基本特性¾空載特性¾短路特性二、標(biāo)三、變壓器的運行特性¾外特性與電壓變化率¾效率特性與效率2012-6-11一、 變壓器的基本特性1. 空載特性根據(jù)變壓器的空載試驗可以求得變比k、空載損耗p0、空載電流I0以及勵磁阻抗Zm。依據(jù)等效電路和測量結(jié)果而得到下列參數(shù):k =U1U2變壓器的變比由于Zm>>Z1 ，可忽略Z1 ，則有：Zm =U1I0勵磁阻抗2012-6-12Rm=p0I02Xm=(Zm2-Rm2)1/2勵磁電阻勵磁電抗應(yīng)注意，上面的計算是對單相變壓器進(jìn)行的，如求三相變壓器的參數(shù)，必須根據(jù)一相的空

2、載損耗、算。壓、流來計空載試驗可以在任何一方做，若空載試驗在一次側(cè)進(jìn)行，則測得的勵磁阻抗 Z (1)= k 2 Z (2)，為了安全和方便,一般空載實驗mm在低壓。在高壓方、低壓方施加額定電壓做空載試驗時，空載損耗相等。2012-6-13變壓器的空載試驗特性曲線2012-6-142. 短路特性根據(jù)變壓器的短路試驗可以求得變壓器的負(fù)載損耗、短路阻抗 Zk 。下圖是一臺單相變壓器的接線圖和等效電路圖將變壓器二次側(cè)短路，一次側(cè)施加一很低的電壓，以使一次側(cè)電流接近額定值。測得一次側(cè)電壓Uk，電流Ik，輸入功率Pk。2012-6-15短路試驗時，Uk很低（4%10%U1N），所以，鐵心中主磁通很小，勵磁

3、電流完全可以忽略，鐵心中的損耗也可以忽略。從電源輸入的功率Pk等耗，亦等于負(fù)載損耗。根據(jù)測量結(jié)果，由等效電路可算得下列參數(shù)：Zk=UkIk短路阻抗短路電阻短路電抗R = P / I 2kkkXk=(Zk2-Rk )2 1/22012-6-16電阻值隨溫度的變化而變化?？紤]溫度變化時，變壓器的電阻應(yīng)做折算。的室溫為q °C ，則換算到 75°C如果短路時的電阻計算如下：=Rk (75°C )2012-6-17同空載試驗一樣，上面的分析時對單相變壓器進(jìn)行的，求三相變壓器的參數(shù)時，必須根據(jù)一相的負(fù)載損耗、壓、相電流來計算。短路試驗可以在高壓方做也可以在低壓方做，所求得的

4、Zk是折算到測量方的。在低壓方做短路試驗時，負(fù)載損耗值不變，但Ukf 2 太小，Ikf 2 太大，調(diào)節(jié)設(shè)備難以滿足要求，試驗誤差也較大。故短路試驗通常在高壓。2012-6-18思考：是否變壓器的負(fù)載電流越大時，變壓器的磁路就越趨于飽和？分析如下：e = -N dFdt以上關(guān)系式表征了：磁路的運行狀態(tài)可直接由其相關(guān)的感應(yīng)電動勢表示出來，與負(fù)載電流并無直接關(guān)系。例如：短路實驗時的負(fù)載電流比空載實驗時的要大，但是此時磁路卻工作性區(qū)間。2012-6-19思考：一次側(cè)和二次側(cè)的漏抗用實驗的方法無法分離。如果要分離時，為何通常假設(shè)如下？ k 2分析如下：= w N2LX1s1s1= w N2L2s2X 2

5、s= w N2L'X2s2s1該假設(shè)實際是基于繞組折算的思想，認(rèn)為變壓結(jié)構(gòu)對稱其一次側(cè)和二次側(cè)的漏磁路磁導(dǎo)基本相同。2012-6-110二、標(biāo)值在電力工程的計算中，電壓、電流、阻抗、功率等通常不用它們的實際值表示，而用其實際值與某一選定的同的基值之比來表示。此選定的值稱為基值，此比值稱為該物理量的標(biāo)值或相對值。對于三相變壓器一般取額定壓作為電壓基值，取額定流作為電流基值，額定視在功率作為功率基值。2012-6-111一、二次側(cè)壓、流標(biāo)值U1fU2f=U *；U *1f2fUU1f N2f NI1fI2f=I *I *；1f2fII1f N2f N一、二次側(cè)短路阻抗的標(biāo)值= I1f N

6、Z1k= I2f N Z2kZ *Z *；1k2kUU1f N2f N2012-6-112使用標(biāo)值的優(yōu)點（1）不論電力變壓器容量相差多大，用標(biāo)值表示的參數(shù)及性能數(shù)據(jù)變化范圍很小。例如空載電流I0*約為0.0050.025，短路阻抗標(biāo)值Zk*約為0.040.105。（2）二次側(cè)物理量對二次側(cè)基值的標(biāo)值等于該物理量的折算值對一次側(cè)基值的標(biāo)值。因此，使用標(biāo)值后，不再需要進(jìn)行一、二次側(cè)之間的折算。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）用標(biāo)例如：值后，某些物理量具有相同的標(biāo)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、 變壓器的運行特性1. 外特性與電壓變化率外特性：電源電壓U1和負(fù)載的功率因數(shù)cos2保持 不變的條件下，二次側(cè)端電壓隨負(fù)載電

8、流的變化規(guī)律U2=f (I2)U2 =f (I2 )*或電壓變化率定義為：變壓器一次側(cè)繞組施加額定電壓、負(fù)載大小I2及其功率因數(shù)cos2一定時，二次側(cè)空載電壓U20與負(fù)載電壓U2之差與二次側(cè)額定之比，通常用百分?jǐn)?shù)表示。即DU = (U20 -U2 ) /U2 N ´100%= (U2 N -U2 ) /U2 N ´100%-U2¢ ´100%= U1NU1N2012-6-115為了進(jìn)一步分析變壓器的電壓變化率，可以引入簡化等效電路圖和其相量圖。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根據(jù)簡化向量圖推導(dǎo)出電壓變化率的簡化計算公式如下b (R * cosj+

10、 X * sin j ) ´100% = DUDU=*2k2k2式中，=I2I2N，稱為負(fù)載系數(shù)。（1）U的大小與短路阻抗的標(biāo)值Zk*（Rk*、Xk*）、負(fù)載大?。↖2*）和負(fù)載性質(zhì)（cos2）有關(guān)；（2）短路阻抗的標(biāo)值Zk*，U越大，負(fù)載變化時，負(fù)載電壓波動較大。因此，從運行角度看，希望Zk*小些較好。但從限制短路電流大小的角度看，Zk*又不能太小。（3） 感性負(fù)載時，U>0，二次側(cè)端電壓U2隨負(fù)載電流I2的增大而下降；（4） 容性負(fù)載時，U可能小于0，二次側(cè)端電壓可能隨負(fù)載電流I2的增加而升高。2012-6-118當(dāng)負(fù)載為額定負(fù)載、功率因素為指定值時的電壓調(diào)整率，稱為額定電

11、壓調(diào)整率。額定電壓調(diào)整率是變壓器的主要性能指標(biāo)之一，通常約為5%左右。所以，一般電力變壓器的高壓繞組均有5%的抽頭，以便進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。2012-6-119思考：試從等效電路的角度分析：為何變壓器接容性負(fù)載時，二次側(cè)電壓隨負(fù)載電流增加而增加？分析如下：U 1I =11R + jwL+kkjwCL1U = I L1jwCL11= I=I 'CUIL21jwCL1jwCLL2012-6-1202. 效率特性和效率變壓器的效率定義為h = P2 ´100% =P2P2 + å p´100%P1其中，P1為一次側(cè)繞組的輸入功率；P2為二次側(cè)繞組輸出功率； p為所有損

12、耗之和。å p = p+ p= p + mI 2R''Fecu02k2012-6-121變壓器的效率可以應(yīng)用等效電路來計算，也可以用實驗來測定。但是采用等效電路來計算變壓器的效率，需要已知變壓器的參數(shù)。由于電力變壓器的效率很高，實驗時輸入輸出的差別較小。因此，工程上常用間接法計算效率，即通過空載和短路實驗測出鐵耗和銅耗，再計算效率。2012-6-122為了簡化計算，作以下幾個假定：（1）以額定電壓下空載損耗 p0 作為鐵耗，并認(rèn)為鐵耗不隨負(fù)載而變化。pKN 作為額定負(fù)（2）以額定電流時的負(fù)載損耗載電流時的銅耗，并認(rèn)為銅耗與負(fù)載系數(shù)的平方成正比。（3） 計算 P2時，忽

13、略負(fù)載運行時二次側(cè)電壓的變化，即二次側(cè)電壓為額定電壓。2012-6-123在應(yīng)用了上述的三個假定后，定義式變?yōu)閙U20 I2 cosj2h =I cosj + p + mI 2R''mU202202k采用這些假定引起的誤差不超過0.5%，而且對所有的電力變壓器都用這用方法來計算效率，可以在相同的基礎(chǔ)上進(jìn)行比較。2012-6-124效率計算也可以采用負(fù)載電流標(biāo)數(shù)）的形式。此時，效率計算如下值（負(fù)載系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在一次側(cè)電壓和二次側(cè)負(fù)載功率因數(shù)不變時，變壓器效率隨負(fù)載電流或者負(fù)載系數(shù)而變化的曲線稱為效率特性。效率最大值可由效率對負(fù)載電流的微分求出。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此時，銅損等于鐵損。2012-6-126效率最大值也可由效率對負(fù)載系數(shù)的微分求出。dh = 0dh= 0dbdI *2可得p0b= I *=m2pkN2012-6-127當(dāng)銅耗等于鐵耗時，變壓器的效率達(dá)到最高，。但這是指的瞬時工作效率，對實際電力變壓器，p0是常年損耗，只要掛網(wǎng)就有空載損耗，而負(fù)載系數(shù)隨時間變化較大，故 我國新S9系列配電變壓器pk