《電機技術(shù)應(yīng)用》課件 1.2.5 變壓器的運行特性

變壓器的運行特性變壓器

標幺值

在工程計算中，各物理量除了采用實際值來表示和計算外，有時也用標幺值。標幺值就是某一物理量的實際值與選定對應(yīng)物理量的基值之比。

標幺值為相對值，無量綱。在進行電路計算時，四個基本物理U、I、S、Z，兩個基值任選，另外兩個的基值按電路理論計算。一般選取電壓和電流的基值Ub、Ib，其他兩個量的基值由計算得到。對單相系統(tǒng)，功率和阻抗基值分別為：注意：功率基值即是有功功率也是無功功率的基值，也是視在功率的基值。阻抗基值即是電阻基值又是電抗基值

在變壓器和電機中，通常選擇額定電壓和額定電流作為基值。此時額定電壓、電流和額定視在功率的標幺值為1，更簡潔。以額定相電壓UNφ和額定相電流INφ作為相電壓和相電流基值時，有：一次和二次側(cè)相電壓的標幺值：一次和二次側(cè)相電流的標幺值:

各量的標幺值在三相電路中，相電壓和線電壓的標幺值恒相等，相電流和線電流的標幺值恒相等。功率的基值：可見，一、二次側(cè)具有相同的功率基值

各量的標幺值單相三相（UNφ：相電壓）一次和二次側(cè)阻抗的標幺值：

標幺值的特點(1)用標幺值表示時，不論變壓器或電機容量的大小，各個參數(shù)和典型性能數(shù)據(jù)通常都在一定范圍以內(nèi)，因此便于比較和分析。如電力變壓器的短路阻抗標幺值Zk*=0.03~0.10，如果求出的短路阻抗標幺值不在此范圍內(nèi)，就應(yīng)核查一下是否存在計算或設(shè)計錯誤。

(2)用標幺值表示時，原、副邊各物理量不需進行折算，便于計算。(3)采用標幺值能直觀地表示變壓器的運行情況。如一臺變壓器端電壓和電流為35kV、20A，從這些數(shù)據(jù)不能判斷變壓器的情況，但從Uk*=1.0、Ik*=0.6，說明這臺變壓器欠載運行。

標幺值的特點(5)標幺值的缺點是沒有量綱，無法用量綱關(guān)系來檢查。(4)用標幺值表示時,可使物理性質(zhì)不同的量用相同的數(shù)值表示，公式可以得到簡化，比如

電壓變化率

由于變壓器內(nèi)部存在著電阻和漏抗，負載時產(chǎn)生電阻壓降和漏抗壓降，導致次級電壓隨負載電流變化而變化。電壓變化率是指變壓器一次繞組加額定電壓，負載的功率因數(shù)一定，空載與額定負載時二次側(cè)端電壓之差（U20-U2）與額定電壓U2N的比值。電壓變化率是變壓器的一個重要指標，它的大小反映了供電電壓的穩(wěn)定性。電壓變化率的大小與負載大小、性質(zhì)及變壓器的本身參數(shù)有關(guān)。

忽略勵磁電流時：

電壓變化率

一般的電力變壓器，cosφ2≈1時，ΔU%≈2％～3％；cosφ2≈0.8時，ΔU%≈4％～6％。一般情況下照明電源電壓波動不超過±5％，動力電源電壓波動不超過+10％～—5％。β=I1/I1N=I2/I2N=I1*=I2*————變壓器的負載系數(shù)

外特性

變壓器空載運行時，若一次側(cè)電壓U1不變，則二次側(cè)電壓U2也不變。變壓器加上負載之后，隨著負載電流I2的增加，I2在二次繞組內(nèi)的阻抗壓降也會增加，使二次側(cè)的電壓U2隨之發(fā)生變化。定義：U1、cosφ

2為常數(shù)時，副邊電壓隨副邊電流變化的關(guān)系曲線U2=f(I2)

另一方面，由于一次側(cè)電流I1隨I2增加，因此一次側(cè)漏阻抗的壓降也增加，一次側(cè)電動勢E1和二次側(cè)電動勢E2會有所下降，也會影響二次側(cè)的輸出電壓U2。1、阻感性負載：

2>0，cos

2>0，sin

2>0∵Rk*cos

2>0，Xk*sin

2>0∴

U>0，說明：1）負載后U2<U20=U2N；2）隨著I2↑→U↑，U2↓，外特性曲線向下傾斜。2、阻容性負載：

2<0，cos

2>0，sin

2<0∵Rk*cos

2>0，Xk*sin

2<0，Rk*<<Xk*；一般情況│Rk*cos

2│<│Xk*sin

2│,∴

U<0,說明：1）負載后U2>U20=U2N；2)隨著I2↑→│

U│>0↑,U2↑，外特性曲線向上傾斜。

外特性3、純阻性負載：

2=0，cos

2=1，sin

2=0，

∵Rk*很小∴隨著I2↑→

U很小，外特性曲線稍向下傾斜。

外特性

負載功率因數(shù)性質(zhì)不同，對主磁通的影響不同，變壓器的端電壓變化亦不同。純電阻負載，端電壓變化較小，電壓變化率基本為零；感性負載時主磁通Φ呈去磁作用，為了維持Φ不變，必須使原邊電流增加，同時短路阻抗壓降也增加，其結(jié)果造成副邊電壓下降，電壓變化率為正值；容性負載對主磁通Φ呈增磁作用，為了維持Φ不變，必須減小原邊電流，除了補償短路阻抗壓降外，其余部分使副邊電壓增高，電壓變化率為負值。變壓器的損耗鐵耗

包括基本鐵耗和附加鐵耗?；捐F耗為變壓器鐵芯中的磁滯損耗和渦流損耗。附加損耗包括由鐵心疊片間絕緣損傷引起的局部渦流損耗、主磁通在結(jié)構(gòu)部件中引起的渦流損耗等。鐵損耗可近似認為與Bm2或U12成正比，由于變壓器的一次電壓保持不變,故鐵耗可視為不變損耗。

變壓器運行時將產(chǎn)生損耗，變壓器的損耗分為銅耗和鐵耗兩類。每一類又包括基本損耗和附加損耗。變壓器的損耗銅耗

包括基本銅耗和附加銅耗。基本銅耗是電流在一、二次繞組電阻上的損耗；附加損耗包括因集膚效應(yīng)引起的損耗以及漏磁場在金屬結(jié)構(gòu)部件引起的渦流損耗等。銅損耗大小與負載電流平方成正比，故也稱為可變損耗。

效率是指變壓器的輸出功率與輸入功率的比值，效率大小反映變壓器運行的經(jīng)濟性能的好壞，是表征變壓器運行性能的重要指標之一。其中效率效率特性定義：在功率因數(shù)一定時，變壓器的效率與負載電流之間的關(guān)系η=f(β),稱為變壓器的效率特性。工程上常用間接法來計算效率，即測出銅耗和鐵耗,再計算效率。公式如下:

從效率特性可見,當負載達到某一數(shù)值時,效率將達到最大值ηmax，發(fā)生最大效率時，變壓器的銅耗恰好等于鐵耗，最大效率為：變壓器的效率與變壓器的功率等級有密切關(guān)系，通常功率越大，損耗與輸出功率比就越小，效率也就越高；反之，功率越小，效率也就越低。變壓器的效率一般在95%以上，為了提高變壓器的運行效益，設(shè)計時應(yīng)使變壓器的鐵耗小些。變壓器長期工作在額定電壓下，但不可能長期滿載運行，為了提高運行效率,設(shè)計時取βm=0.4～0.6→P0/PkN=3～6；我國新S9系列配電變壓器pkN/P0=6～7.5?！⌒碗娏ψ儔浩?ηN

=80%

～90%；

大型電力變壓器:ηN

=98%

～99%。效率特性1、三相變壓器，U1N/U2N=10kV/3.15kV，Y，d11連接，I2N=183.3A，每匝電壓為14.189V。求（1）原副方線圈匝數(shù)；（2）原邊電流及額定容量；（3）變壓器運行在額定容量且功率因數(shù)cosφ=1、0.9（超前）、0.8（滯后）時的負載功率。解：（1）原方相電壓：副方相電壓：所以（2）思考與練習（3）因P2=SNcosφ2，則cosφ2=1時，P2=1000W當cosφ2=0.9時，P2=900W當cosφ2=0.85時，P2=850W2、一單相變壓器，SN=3kVA，U1N/U2N=230/115V，R1=0.3Ω，R2=0.5Ω，PFe=45W，X1σ’=0.8Ω，X2σ’=0.1Ω，額定負載時PCu=85W。求：

副方功率因數(shù)為0.9（滯后）時的電壓變化率。解：所以：思考與練習故副方cosφ2=0.8(滯后)時電壓變化率3、三相變壓器的額定值為SN＝1800kVA，U1N/U2N＝6300/3150V，Y，d11聯(lián)結(jié)，空載損耗P0＝6.6kW，短路損耗Pk＝21.2kW，求：（1）當輸出電流I2＝I2N，cosφ2=0.8時的效率；（2）效率最大時的負載系數(shù)βm。解：（1）2、當Pcu＝PFe時效率最大，