變壓器 9章 特性

1、華南理工大學(xué) 電力學(xué)院程小華9.1 基本特性9.2 運(yùn)行特性9.1.1 空載特性9.1.2 短路特性1 空載特性定義2 空載試驗(yàn)接線3 空載特性曲線4 空載特性本質(zhì)5 空載試驗(yàn)用途副邊空載（即電流I2=0）時(shí)，原邊的電流和輸入功率與外加電壓U1之間的關(guān)系I0=f(U1)和P0=f(U1)稱為空載特性。 U1的變化范圍是【0， 1.15 U1N 】。答：電源電壓U1的變化范圍是【0，1.15 U1N 】，即電源電壓要加到超過額定電壓。高壓側(cè)額定電壓高，不安全，也不便于選擇儀表。從電流角度看：勵(lì)磁阻抗較大，導(dǎo)致空載電流較小。一般只占額定電流的百分之十左右。所以，空載試驗(yàn)選在低壓側(cè)加電源?？蛰d特性曲

2、線I0=f(U1)實(shí)質(zhì)上是磁化曲線。當(dāng)電壓較低時(shí)，磁通較小，I0U1是線性關(guān)系；當(dāng)電壓較高時(shí)，磁路逐漸飽和，I0增加較U1快。因此勵(lì)磁阻抗Zm并非常值，而是隨飽和程度的增高而減小。變壓器總是在額定電壓附近運(yùn)行，因此，一般只要求額定電壓時(shí)的Zm值。原邊漏阻抗比勵(lì)磁阻抗小得多，可忽略不計(jì)。勵(lì)磁阻抗為： 原邊電阻較勵(lì)磁電阻小得多，可忽略不計(jì)。勵(lì)磁電阻為：于是，勵(lì)磁電抗為：1m0UZI0m20PRI22mmmXZR由于空載試驗(yàn)在低壓側(cè)進(jìn)行，故測(cè)得的數(shù)據(jù)為歸算到低壓側(cè)的值。如果低壓側(cè)為副方，則需把計(jì)算結(jié)果歸算到高壓側(cè)，各參數(shù)應(yīng)乘以電壓比的平方，即k2。如果低壓側(cè)為原方，則計(jì)算結(jié)果無須歸算。1 短路特性定

3、義2 短路試驗(yàn)接線3 短路特性曲線4 空載特性本質(zhì)5 短路試驗(yàn)用途副邊短路時(shí)，原邊的電流和輸入功率與外加電壓之間的關(guān)系Ik=f(U1)和Pk=f(U1)稱為短路特性。 Ik的變化范圍：【0， 1.2 I1N 】。U1的變化范圍：從簡(jiǎn)化電路可知，是【0， 1.2 I1N * Zk】。變壓器的短路阻抗很小，額定負(fù)載時(shí)的短路壓降一般只有額定電壓的百分之十左右。因此，短路試驗(yàn)所加電壓不高。答：短路試驗(yàn)所測(cè)電流最大值為額定電流額定電流I1N的1.2倍。降壓變?cè)叄ǜ邏簜?cè)）的額定值：壓高流??；升壓變副邊（高壓側(cè)）的額定值：壓高流小。所以，從電流角度看，短路試驗(yàn)應(yīng)在高壓側(cè)加電壓進(jìn)行。如果選擇在低壓側(cè)做短路試

4、驗(yàn)，則由于低壓側(cè)額定電流大，選擇儀表不便。定義短路特性時(shí)已說明：短路試驗(yàn)時(shí)所加電壓不高。只是短路壓降的1.2倍。所以，無論從電流還是從電流角度，短路特性都應(yīng)在高壓側(cè)加電壓。短路特性曲線實(shí)質(zhì)上反映的是短路阻抗的特性。短路時(shí)所加電壓只有額定電壓的百分之十左右，故主磁通較小，勵(lì)磁電流很小，可采用簡(jiǎn)化等效電路計(jì)算。短路阻抗為： 短路電阻為： 短路電抗為：kkkUZIkk2kPRI22kkkXZR上式中Rk是已折算到原邊的短路電阻；R1和R2是待分離的原、副邊繞組的電阻，是交流電阻；r1和r2是原、副邊繞組的直流電阻，可用電橋測(cè)量。 解上述聯(lián)立方程，即可分離短路電阻。121122kRRRR rRr短路電

5、抗無法用實(shí)驗(yàn)方法分離。只好近似按上式處理。12k2XXX由于短路試驗(yàn)在高壓側(cè)進(jìn)行，故測(cè)得的數(shù)據(jù)為歸算到高壓側(cè)的值。如果高壓側(cè)為副方，則需把計(jì)算結(jié)果歸算到原方-低壓側(cè)-因?yàn)槎搪诽匦允窃谠蕉x的。歸算方法：各參數(shù)應(yīng)乘以電壓比的平方，即k2。75是標(biāo)準(zhǔn)溫度。 是實(shí)驗(yàn)溫度。kk(75 C)234.575 234.5RR短路電壓短路電壓-通以額定電流時(shí)，短路阻抗短路阻抗上的電電壓壓，也叫阻抗電壓阻抗電壓。它是變壓器的一個(gè)很重要的性能指標(biāo)。從正常角度，希望它小些-降低電壓調(diào)整率；從故障角度，希望它大些-限制短路電流。上式表明：短路電壓=短路阻抗的標(biāo)幺值。kNNkkkkNNjkUI ZuZRXUU9.2.

6、1 外特性9.2.2 效率特性1 外特性定義2 外特性表達(dá)式的推導(dǎo)3 外特性圖形4 外特性的指標(biāo)-電壓調(diào)整率定義-在電源電壓額定額定、負(fù)載功因恒定恒定的條件下，副邊電壓隨電流變化的規(guī)律稱為外特性，記為U2f(I2)。若用標(biāo)幺值表示，則為：U1*1，cos2=常值時(shí)，U2*f(I2*)。Step 1 畫簡(jiǎn)化電路圖-副邊電壓、電流之正向與以前不同。Step 2 采用標(biāo)幺值22222211121212112222221112NNNNNNNNNNIkIIIIIIIIkIIIIIIIIUkUUUUUUUUkUStep 3 畫標(biāo)幺值形式的簡(jiǎn)化電路圖。Step 4 畫簡(jiǎn)化相量圖（感性負(fù)載）注意：1）副邊壓、

7、流正向已變。 2）所有量（變量、參數(shù)）都已采用標(biāo)幺值。Step 5 用幾何關(guān)系求求解解Step 5 續(xù)1：略去二次項(xiàng)，得到外特性表達(dá)式*2()Uf I*k2k21(cossin)I RI X 可見，外特性是一條直線，其斜率為（Rk*cos2+Xk*sin2）,它可能為正，可能為負(fù)，亦可能為零。圖形見下。-推導(dǎo)完畢。*k2k21(cossin)RXI 3 外特性圖形定義：電壓調(diào)整率，也叫電壓變化率 -原邊加額定電壓時(shí)，副邊從空載到額定負(fù)載電壓變化與副邊額定電壓的比率。常用百分比表示。記為u。據(jù)定義，并據(jù)前面推導(dǎo)的外特性表達(dá)式U2* = f(I*)，有：20220222121*2k22100%10

8、0%100%(1) 100%(cossin) 100%NNNNkUUuUUUUUUUUIRX三個(gè)決定因素：1）負(fù)載程度 ，= I* 。2）負(fù)載性質(zhì)2。3）變壓器的內(nèi)部阻抗：短路電阻Rk*、短路電抗Xk*。當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)，2正，u正， ULU20。當(dāng)負(fù)載為阻性時(shí)，2正，u正， ULU20。k22(cossin) 100%kuIRX1）當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)，2正，u正， ULU20 。2）當(dāng)負(fù)載為阻性時(shí)，2正，u正， ULU20 。4）當(dāng)負(fù)載為容性，且容到一定程度時(shí)，2足夠負(fù)，u變負(fù)，ULU20 。5）當(dāng)負(fù)載為容性，且容到剛好使Rk*cos2+Xk*sin2 = 0 時(shí)，2負(fù)，u = 0，ULU20 。

9、k22(cossin) 100%kuIRX2額定電壓調(diào)整率是變壓器的主要性能指標(biāo)之一。通常uN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)。 Nk221k22(cossin) 100%(cossin) 100%kIkuIRXRX 1 變壓器效率之定義2 效率的伴侶-損耗3 變壓器效率特性之定義4 變壓器效率特性表達(dá)式的推導(dǎo)5 效率特性圖形6 最大效率7 額定效率8 例題9-2定義-變壓器輸出功率P2與輸入功率P1之比。變壓器損耗分類按物理標(biāo)準(zhǔn)分-銅耗、鐵耗：原副邊繞組均有電阻，該電阻上的損耗pcu1=I12R1、pcu2=I22R2即為銅耗。因?yàn)槔@組一般由銅線制

10、成，故有此謂。變壓器鐵芯處于交變磁場(chǎng)中，會(huì)產(chǎn)生磁滯損耗、渦流損耗，此二者合成鐵芯損耗，簡(jiǎn)稱鐵耗。按數(shù)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)分-可變損耗、不變損耗：銅耗隨電流大小而變，是可變損耗；鐵耗隨電壓大小而變，而變壓器工作時(shí)電壓基本不變，故稱鐵耗為不變損耗。定義-變壓器效率特性是指原邊加額定電壓、副邊功因不變時(shí)，變壓器效率隨負(fù)載電流變化的規(guī)律，即f(I2)。 Step 1 基于定義得到初始表達(dá)式，如右：Step 2 假設(shè)：副邊電流變化時(shí)，副邊電壓不變，即忽略副邊電壓變化對(duì)效率特性的影響。再考慮輸出、損耗與副邊電流的關(guān)系，得最終表達(dá)式，如右：211112222022FeCu2Fe2k202222022Fe2k1cos,co

11、scosPPppPPPPPpPmU ImppppmI RmU ImU IpmI R 是相數(shù)， 折算到副邊將效率特性兩邊對(duì)I2求導(dǎo)，并令之等于零，得最大效率條件：22kFemI Rp 上式表明：當(dāng)變壓器取得最大效率時(shí)，銅耗 = 鐵耗，即，可變損耗 = 不變損耗?？紤]到：鐵耗基本等于空載損耗，銅耗基本等于短路損耗，并且負(fù)載電流采用標(biāo)幺值，我們有：考慮到：鐵耗基本等于空載損耗，銅耗基本等于短路損耗，并且負(fù)載電流采用標(biāo)幺值，我們有：右邊pkN代表副邊電流達(dá)額定值I2N時(shí)的短路損耗。22k2222Nk2N22kN22kN002kN() ()*(),mI RImIRIIpIpppIp一般電力變壓器的p0 / pkN = 1/4 1/3，相應(yīng)的最大效率發(fā)生在I2* = 0.50.6左右。不將變壓器設(shè)計(jì)成滿載（I2*=1）時(shí)達(dá)到最大效率，是因?yàn)樽儔浩鞑⒎墙?jīng)常滿載運(yùn)行。銅耗隨時(shí)變化，鐵耗恒定存在。故常設(shè)計(jì)成較小鐵耗。這對(duì)提高總體效率有利。02kNpIp202222022Fe2k2202N22N2222202N2Fe2Nk2N2N2N222N202kNcoscos()()cos()()cos() ()coscosm