变压器运行特性分析
第2章 变压器的运行原理和特性
仅
E U 20 2
Y，d接线 D，y接线
U 1N k 3U 2 N
k
3U1N U2N
由于 R m R1 , X m X 1 ，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只是一 个Z m元件的电路。在 U1一定的情况下，I 0大小取决于Z m的大小。从运行角度 讲，希望 I 0 越小越好，所以变压器常采用高导磁材料，增大 Z m，减小 I 0 ， 提高运行效率和功率因数。
使
用
1 与 I 0成线性关系； 1）性质上： 0 与 I 0 成非线性关系；
– 变压器各电磁量正方向
• 由于变压器中各个电磁量的大小和方向都随时间以 电源频率交变的，为了用代数式确切的表达这些量 的瞬时值，必须选定各电磁量的正方向，才能列式 子。 • 当某一时刻某一电磁量的瞬时值为正时，说明它与 实际方向一致； 当某一时刻某一电磁量的瞬时值为负时，说明它与 实际方向相反。 • 注：正方向是人为规定的有任选性，而各电磁量的 实际方向则由电磁定律决定。
习
（2）二次侧电动势平衡方程
U1
I 0
0
) (I 2
用
E U 20 2
（3）变比
U 1
U2
E 1
使
E 1
1
E 2
U 20
u2
仅
对三相变压器，变比为一、二次侧的相电动势之比，近似为 额定相电压之比，具体为 Y，d接线
U1N k 3U 2 N
8
供
22
仅
F F F 1 2 0 N I 或 N1 I 1 2 2 N1 I 0 N I I ( 2 ) I I ( 2 ) I I 用电流形式表示 I 2 0 0 1L 1 0 N1 k
变压器的运行特性
变压器的运行特性主要有外特性（副边电压变化率） 变压器的运行特性主要有外特性（副边电压变化率）和效率 一、变压器的外特性 在电源电压不变的情况下， 在电源电压不变的情况下，变压 器二次侧接入负载后， 器二次侧接入负载后，一、二次 绕组都有电流通过，必然产生一、 绕组都有电流通过，必然产生一、 二次侧的内阻抗压降， 二次侧的内阻抗压降，从而使二 次电压随负载的增减而变化。 次电压随负载的增减而变化。 二次电压随二次电流变化的特 性曲线称为变压器的外特性。 性曲线称为变压器的外特性。 利用电压变化率来表示输出额 利用电压变化率来表示输出额 电压变化率 定电流时电压的变化
cos ϕ = 0.8
（超前） 超前）
U
UN
cos ϕ = 1 cos ϕ = 0.8
（落后） 落后）
IN
I
外特性曲线
电压变化率 一般情况下， 一般情况下，外特性曲线近似一条略向下倾斜的直 且倾斜的程度与负载的功率因数有关， 线，且倾斜的程度与负载的功率因数有关，对于感性负 功率因数愈低，下倾愈烈。从空载到满载， 载，功率因数愈低，下倾愈烈。从空载到满载，二次电 压变化的数值与空载电压的比值称为电压变化 变化率 压变化的数值与空载电压的比值称为电压变化率，即
一定功率因数下， 一定功率因数下， η随负载电流的不同而改变
谢谢
铜耗与负载电流的平方成正比，因而也称为可变损耗。 铜耗与负载电流的平方成正比，因而也称为可变损耗。 铜耗
基本铁耗： 基本铁耗：铁心中的磁滞和涡流损耗 附加铁耗： 附加铁耗：结构件中的涡流损耗
铁耗可视为不变损耗。 铁耗可视为不变损耗。
铁 耗
P1 − ∑ p p Fe + p cu P2 ) × 100 % = (1 − ) × 100 % × 100 % = (1 − η = P1 P1 P2 + p Fe + p cu
3、变压器-参数测定和运行特性
课程导入
通过漏磁抗必然产生电压降。
课程讲解
压变化。我们将这种变化规律称之为外特性。
I2≠0
E
U
负载变化导致电流变化，电流变化导致电
1
I1
1
1
E1
σ
Φ1
Φ2
E
Z
σ
σ
2
L
外特性：在一次侧加额定电压，负载功率因
课程总结
数COSφ2一定时，二次侧电压U2随着负载电
U1N=3300V,I0=0.08A,P0=80W,高压侧加电压时的短路试验数据：
课程讲解
UK=180V,I1N=6.06A,PKN=240W,试验温度25℃，求(1)这台变压器的等效电路参数；
（2）这台变压器的I*0,uk,Z*m,Z*k,P*0.
课程总结
课后作业
厚德笃学、砺能敏行
变压器的运行特性
折算到高压侧，应将上式求得数值乘以变比的平方。
二、短路试验
课程导入
☆ 试验方法：将变压器二次侧短路，一次侧施加
一很低的电压，以使一次侧电流接近额定值。测得
一次侧电压 Uk，电流 I1N，输入功率 PkN
课程讲解
（1）试验线路
课程总结
为了方便，选择在高压方一侧。
在低压方做短路试验时，负载损耗值不变，但 Uk太小, Ik 太大，调节设备难以满足要求，
m = =
X m = −
课程总结
课后作业
m = =
=
X m = −
需要强调的是：由于励磁参数与磁路的饱和程度有关，所以应取额定电压下的数据来
计算励磁参数。
变压器的运行特性
电感性滞后
变压器外特性曲线图
Part 3 变压器的效率
由于损耗的存在，变压器在传递能量过程，致使输出功率P2 < 输入功率P1，输出功率P2与输入 功率P1的比值称为效率η
损耗
铁损耗 铜损耗
磁滞损耗 由铁心磁阻所产生的的损耗，硅钢片能减少这种损耗 取决于铁心的磁通大小和交变频率，铁心采用片状结
涡流损耗 构叠加可减少这种损耗
变压器的电压变化率 变压器的外特性 变压器的效率
知识内容
课外拓展 测取实训室变压器的负载特性
产业信息
电力变压器是电力系统的枢纽设备,在变电站中,主 变压器能否安全可靠运行,直接关系到电网的安全 运行。要不断提高主变压器的运行、维护、检修 水平。
本节内容 到此结束
基本铜损 一次、二次绕组内直流电阻所引起 的直流电阻损耗 由集肤效应和邻近效应使绕组有效电阻变大所增加的
附加铜损 损耗
Part 3 变压器的效率
PFE
变压器损耗
PCU
铁损耗（不变损耗）
铁损耗用PFE表示，其 与外加电压大小有关， 而与负载大小基本无关 ，故也称为不变损耗。
铜损耗（可变损耗）
铜损耗用PCU表示，其 大小与负载电流平方成 正比，故也称为可变损 耗。
电机与电气控制技术
Part 1 变压器的运行特性
外特性
运行特性
效率 特性
主要指标：电压变化率、效率
Part 2 电压变化率
变压器一次绕组加额定电压，负载的功率因数一定，空载与额定负载时 二次侧端电压之差（U2N -U2）与额定电压U2N的比值，用ΔU%表示
• 空载时，U20=U2N • 负载时，U2随负载的变化而变化 变化率 电压变化率ΔU%与变压器内阻抗大小、负载电流及负载类型有关，反映了变压器 输出电压的稳定性及电能的质量。
变压器的经济运行分析
变压器的经济运行分析电力变压器作为电力系统电压变换的主要设备，被广泛应用于输电和配电领域，变压器在变换电压及传递功率的过程中，自身将会产生有功功率损耗和无功功率损耗。
变压器的有功功率和无功功率损耗又与变压器的技术特性和出厂参数有关，同时又随着负载的变化而产生非线性的变化。
因此，必须根据变压器的有关技术参数和所带负荷的实际情况，合理地选择运行方式，加强变压器的运行管理，使变压器运行在合理的经济区域，提高变压器的运行效率，以达到节约电能的目的。
变压器的有功功率损耗主要变压器的空载损耗和变压器的负载损耗两部分。
空载损耗主要是指铁损，包括磁滞损耗和涡流损耗，它的大小是一个与变压器的铁心相关的常数，在额定电压下它的大小基本不会发生变化，当有电压波动的时候铁损也会随着发生变化。
负载损耗主要是电流在通过绕组时在电阻上的损耗，一般称为铜损，由公式P=I2R可知负载损耗的大小随着负荷的大小而变化，与负载电流的平方成正比。
现在我国的变配电系统中普遍采用的是S9系列的变压器，相对S7系列及以下的变压器它的有功损耗有了明显的降低，在有功损耗大幅度减小的同时我们也要加强对变压器的运行管理，争取使变压器在经济运行区域里运行。
下面对变压器的经济运行做一下简单的介绍。
1、变压器负载与损耗的关系变压器的铁损Pt是一个和铁心相关的常数，它不随着变压器负载的变化而变化，负载损耗Pcu与负载电流的平方成正比，是一个变化的量。
故变压器损耗主要受负荷变化影响的铜耗决定。
我们可以根据具体的变压器参数来计算出变压器的有功损耗。
从而来确定变压器是否在合理的经济运行区域，通过改变变压器的运行方式以达到节约电能的目的。
2、变电单耗及最佳负载系数在变压器运行的过程中，变压器的运行效率是随着负荷的变化而改变的，那么在这个变化的过程中就会存在一个最佳的运行区域，故称为经济运行区域，在这个区域里面变压器所带实际负载（P）与变压器的额定负载（Pe）之比称为负载系数（β），所以在这个区域内自然也会存在一个最佳负载系数（β）。
变压器的运行特性(精)ppt课件
基本铜耗：原、副边绕组中电流引起的直流电阻 的损耗。
附加铜耗：导体在交变漏磁场作用下引起集肤效 应，有效电阻增大而增加的铜耗。
9
基本铁耗：铁心中的磁滞和涡流损耗。 附加铁耗：结构件中的涡流损耗
额定电压下， 磁密基本不变，
总损耗：
10
11
3.效率 (1)公式
假定a b
不变：
12
pKN:额定电流时的额定短路损耗 ,
2-5 变压器的运行特性
变压器的运行特性主要有外特性 (副边电压变 化率 ) 和效率 1.外特性
当原绕组外施电压和负载功率因数不变时， 副 边端电压随负载电流变化的规律。 U2＝f (I2)
2. 效率特性 当原绕组外施电压和副绕组的负载功率因数不变
时， 变压器效率随负载电流变化的规律。 n＝f(I2).
则
，
o
c
n
a bd m
4
OR：
意义：(1) 越大， u越大 (2) 一定时， u受短路阻抗得影响
5
(4)a.纯电阻负载:
(
)
b 、.纯电感负载: 电压
c 、容性负载:且
小，故而 u小 说明由空载 负载时，副边
则
空载 负载时，副边电压
可以看出：
感性负载时， 02>0， U为正；容性负载， 02<0， U可 正可负。实际运行中一般是感性负载， 端电压下降5~8%。6
1
一、变压器的电压变化率和外特性
(1)电压变化率 ： 外施电压为额定值，负载功率因数为给定值时，付方空载 电压与负载时电压算术差与付方额定电压得比值。
原边 由简化电路得
副边cos 2一定
2
(2)负载系数 输出电流标么值。 (简化电路)
基于matlab的变压器运行特性仿真分析教材
基于matlab的变压器运行特性仿真分析摘要变压器是电力系统中不可缺少的重要电气元件，变压器的运行特性也影响着电力系统的性能和正常运行，因此，要对变压器的运行特性进行分析，尤其是变压器的暂态运行特性，因为在暂态的过度过程中可能会出现较大的过电压或过电流，可能会损坏变压器。
随着科学技术的发展，仿真技术也得到了很大程度的发展，不再仅仅局限于传统的物理仿真，而是更加方便简洁也更加精确的计算机仿真。
本文先是对变压器的稳态和暂态运行特性进行分析，然后运用matlab软件，通过编写matlab程序实现对变压器暂态运行特性的仿真分析，主要包括变压器空载合闸到电源和变压器突发短路这两种情况，对于变压器空载合闸到电源这种情况又通过区分铁心是否饱和，分别用解析法和四阶龙格库塔算法进行仿真，保证了结果的准确可靠。
而对于磁化曲线，则采用插值法实现对不饱和区磁化曲线的拟合，饱和区的磁化曲线采用直线代替。
并对仿真得到的结果结合理论知识进行了简单的分析，找到了在变压器的过渡过程中对变压器最不利的情况，并且也和理论相对比，验证了所采用仿真方法的正确性和可行性。
关键词：变压器，暂态运行特性，空载合闸，突发短路，matlab 仿真BASED ON THE MATLAB SIMULATION ANALYSIS OF TRANSFORMER RUNNINGCHARACTERISTICSABSTRACTTransformer is an important and indispensable electrical components in the power system, the operation of the transformer also affects the normal operation of power system, therefore, we should analyze the running characteristics of the transformer, especially the transient state characteristic of the transformer, because that during the transient process may appear larger o ver-voltage or over-current, which might cause something wrong to the transformer.With the development of science and technology, the simulation technology has been developed greatly, and it has been no longer limited to the traditional physical simulation, but a more convenient and concise computer simulation which is more accurate.This article first to the transformer of a theoretical analysis of steady state and transient operation c haracteristics, and then use matlab software, by writing the matlab program to realize the simulation analysis, the characteristics of the transformer transient operation including transformer no-load closing to the power supply and the sudden short circuit of the transformer in both cases, the transformer no-load closing to this kind of situation and power sup ply by distinguish whether iron core saturation, respectively, using analytic method and the fourth order runge kutta algorithm simulation, ensure the accurate and reliable results. For the magnetization curve, the interpolation method was adopted to reali ze the unsaturated zone of magnetization curve fitting, the saturated area USES the straight line instead of the magnetization curve. And the simulation results are combined with theoretical knowledge has carried on the simple analysis,found in the process of the transition of the transformer of transformer is the most unfavorable situation, and also compared, and the theory simulation method used to verify the correctness and feasibility.KEY WORDS: transformer, the transient state characteristic, no-load closing, sudden short circuit, the matlab simulation目录第1章绪论 (1)§1.1 本课题研究的目的和意义 (1)§1.2 国内外研究现状 (1)§1.3 本文研究的主要内容 (2)第2章Matlab软件 (3)§2.1 Matlab简介 (3)§2.2 Matlab的特点 (4)§2.3 微分方程求解的仿真算法 (5)§2.3.1 Euler法 (5)§2.3.2 Runge kutta法 (5)第3章变压器稳态、暂态运行特性分析 (7)§3.1 变压器概述 (7)§3.2 变压器各电磁量正方向的规定 (7)§3.3 变压器空载运行 (8)§3.3.1 主磁通、漏磁通 (9)§3.3.2主磁通和漏磁通的感应电动势 (9)§3.3.3 空载运行时的电压方程和等效电路 (10)§3.3.4 铁心饱和和磁滞现象对励磁电流的影响 (11)§3.4变压器负载运行 (15)§3.4.1 负载时的磁动势 (15)§3.4.2 折合算法 (16)§3.4.3 负载运行时的电压方程和等效电路 (17)§3.5 变压器参数的确定 (18)§3.5.1 变压器的空载试验 (18)§3.5.2 变压器的短路试验 (19)§3.6 变压器的运行性能 (20)§3.6.1 变压器的外特性 (20)§3.6.2 变压器的效率特性 (22)§3.7 三相变压器 (23)§3.7.1 三相变压器的磁路系统 (23)§3.7.2 三相变压器空载运行时的电动势波形 (23)§3.8 变压器过渡过程中的过电流现象 (25)§3.8.1 变压器空载合闸到电源 (26)§3.8.2 突发短路 (28)第4章基于Matlab的变压器动态特性仿真 (30)§4.1 变压器空载合闸到电源时过电流的仿真和分析 (30)§4.1.1 不考虑铁心饱和时变压器空载合闸到电源的过电流仿真 (30)§4.1.2 考虑铁心饱和时变压器空载合闸到电源的过电流仿真 (36)§4.1.3 空载合闸到电源时产生的过电流对变压器的影响 (42)§4.2 突发短路时过电流的仿真和分析 (42)§4.2.1 突发短路时过电流的仿真 (42)§4.2.2 突发短路时产生的过电流对变压器的影响 (45)§4.3 变压器动态特性仿真分析 (45)总结 (47)参考文献 (50)附录 (52)第1章绪论§1.1 本课题研究的目的和意义在电力系统中，变压器从发电厂到输配电网中都充当着重要的角色，是电力系统中不可缺少的重要电气元件。
D_yn11联结组配电变压器运行特性的理论分析_黄绍平
D,y n11联结组配电变压器运行特性的理论分析黄绍平(湖南湘潭机电高等专科学校,湘潭411101)摘要:从三次谐波分量的影响和零序等值电路入手,对D,y n11联结组配电变压器的运行特性进行了理论分析,在与Y,y nO联结型式对比的同时,论述了这种变压器所具有的抑制高次谐波的能力、承受不平衡负荷的能力和切除低压侧单相接地短路故障的能力。
叙词:配电变压器 高次谐波 运行特性一、前言在TN和TT系统接地型式的低压电网中,我国过去差不多全采用Y,yn0联结组别的三相变压器作为配电变压器。
国家标准GB1094—79《电力变压器》也把Y,yn0规定为三相双绕组电力变压器5种标准联结组别之一。
近年来,我国一些变压器厂已生产出D,yn11联结组别的配电变压器,典型产品有S9系列、SC L系列、SG系列等,并在工业和民用供配电系统中得到实际使用。
D,y n11和Y,yn0联结组别的6～10/0. 4kV变压器均为三相三柱式变压器。
除前者的高压绕组绝缘强度要求比后者略高一点外,两者在结构上几乎完全一样。
为何仅仅是联结组别的不同(图1)就会造成它们之间的运行性能上很多方面都有明显差异呢?正是由于D,y n11联结组变压器高压绕组采用D联结,使它在相电势波形、发热、抑制高次谐波能力、承受不平衡负荷能力、切除低压侧单相接地短路故障能力等方面的性能优于Y, y n0联结组变压器。
以下对此进行分析。
图1 配电变压器联结组别(a)Y,yn0联结 (b)D,yn11联结二、联结组别对三次谐波分量的影响变压器各电磁物理量中的高次谐波对变压器运行性能有很大影响。
这里我们考察两个来源的高次谐波,一个是变压器非线性特性引起的高次谐波,另一个是低压配电系统“谐波源”传给变压器的高次谐波。
这两个来源的高次谐波,因对时间轴是对称的,不存在直流分量和偶次谐波分量,只存在3n次和6n±1次(n为正整数)谐波分量。
并且5次以上谐波分量数值很小,因而,对变压器运行影响最大的是三次谐波分量。
变压器的运行特性
1.变压器的外特性及电压变化率 2.变压器的损耗及效率
变压器的运行特性
变压器的运行特性主要有外特性及效率特性。 变压器在负载运行时，一、二次绕组的内阻抗压降随负载变化而变化。负载 电流增大时，内阻抗压降增大，二次绕组的端电压变化就大。变压器在传递 功率的过程中，不可避免地要消耗一部分有功功率，即要产生各种损耗。衡 量变压器运行性能的好坏，就是看二次侧绕组端电压的变化程度和各种损耗 的大小，可用电压变化率和效率两个指标来衡量。
u2N－ u2 ∆u ×100% = × 100% ∆u% = u2N u2N 来表征电压调整率，它反映了电网电压的稳定性。
我们能采取什么 措施来减小电压波 动呢？
国家规定用
分析变压器的外特性，当功率因素 cos 2 越接近1， 电压的波动就越小，因此我们在使用电气设备时，如 果能尽量提高功率因数，就有助于电压的稳定。 4
5
课后练习
1.什么是变压器的外特性？一般希望电力变压器的外特性呈什么 形状？
2.什么是变压器的电压变化率？与哪些因数有关？电力变压器的变化率 应控制在什么范围内好？从运行角度看是大些好还是小些好？
6
1.变压器的外特性及电压变化率 (1).变压器的外特性
因为变压器二次侧功率P2是由一次侧功率P1决定的，它 不会随变压器所带负载的变化而变化。 ∵ P2= i2u2 ∴ 当负载变化引起i2变化时，u2就会跟随i2的变化而变化 因此我们把当电源电压和负载功率因数一定时，二次电压随 负载电流变化的规律，称为变压器的外特性。
2、变压器损耗和效率
实际运行中的变压器不可避免的会因为材料、工艺等 问题而产生损耗。 变压器的损耗分为两种： ⑴ 铁损耗。铁耗是磁通在铁芯中交变和运行时 产生的损耗，与负载没有任何关系。因为磁通大小一 般没有变动，所以铁耗又称为不变损耗或空载损耗， 用pFE表示。 ⑵铜损耗。铜耗是电流在绕组中，与绕组的电阻 产生的热损耗，用pCU表示。 I2 pCU = I12 r1 + I22 r2 =β2 pCUN β= I 2N 铜耗的大小取决于负载电流的大小以及绕组中电阻 的大小，所以铜耗又称为可变损耗。
变压器的空载运行特性介绍
变压器的空载运行特性介绍一、电磁物理现象1、磁通：(1) 主磁通(Φ)----由一次绕组电流产生，同时交链一、二次绕组的磁通。
沿铁芯路径闭合，磁阻小、会饱和，由电磁转换传递功率。
(2) 一次漏磁通(Φ1σ)----由一次绕组电流产生，只交链一次绕组的磁通。
沿空气回路闭合，磁阻大、不会饱和，不传递功率。
2、其他：(1) 空载运行----运行时一次绕组加电压，二次绕组开路，输出电流为零。
(2) 空载电流（i0）----空载运行时，一次绕组所加电流（i1=i0）。
(3) 励磁电流（im）----空载时，不输出电流，则输入电流全部用于建立磁场，故im= i0 。
(4) 电磁关系：二、正方向的规定1、目的：对交变的量，规定了正方向，才能列写电压方程。
2、应用：当求解出的电压、电流、磁势、磁通等为正值，代表实际方向同规定的正方向，为负，代表实际方向与规定的正方向相反。
3、选择：电流g磁通，右手螺旋；磁通g电势，也是右手螺旋。
三、感应电动势、电压变比1、电压平衡式：2、电势：3、变比：四、励磁电流引言：忽略电阻压降、漏电势有：，当外施电压大小、波形（正弦）一定，则磁通的大小和波形也一定，磁通Φ为“正弦基波”，产生磁通的励磁电流im(i0)如何？1、磁路饱和对励磁电流的影响(1) 当磁路未饱和时（Bm<0.8T），i0与Φ的关系曲线为线性，产生正弦波磁通，则励磁电流也按正弦变化。
(2) 当磁路饱和时（Bm>0.8T），i0与Φ的关系曲线为非线性，产生正弦波磁通，则励磁电流为对称的尖顶波变化，为便于矢量表达，取有效值相同的正弦波代之。
定义尖顶波电流（），为“磁化电流”，相位与磁通一致（同相位）。
2、磁滞现象对励磁电流的影响(1) 电流产生磁通，上升磁化曲线与下降不重合。
(2) 要产生正弦波磁通，励磁电流i0为不对称的尖顶波，可分解为一个对称尖顶波的磁化电流iμ和磁滞损耗电流ih 。
(3) 相位：，3、涡流现象对励磁电流的影响(1) 原因：交变磁通g在铁芯中感应电势g产生涡流(电流)g涡流损耗（有功损耗）。
变压器的运行特性资料
U1N
*
A
φ2
E
Δ U%的简化计算公式 用变压器的简化等效电路 得简化相量图 其中U1N*=1，I1*=I2*=β
F B
I1 jxk
*
*
φ2
D
（β -U2* 称为变压器的负载系数）， 电阻压将 I1*Rk*=β Rk* ，电 I1*=－I2* φ2 抗压将 I1*xk*=β xk* 由简化相量图得 * CD DE BC cos 2 AB sin 2 U1*N U 2
η
1.0 0.8 0.6 0.4
ηmax
0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
β
讨
论
变压器效率最高点，出现在什么地方？
2 p pkN 0 在公式 (1 ) 100% 2 S N cos 2 p0 pkN d 中，取导数η对β的导数，并令 0 d
可计算出最高效率ηmax时的负载系数βm
例题 一台三相电力变压器，已知Rk*＝0.024，xk*＝ 0.0504。试计算额定负载时下列情况变压器的电压变化率 Δ U％：
（1）cosφ 2＝0.8（滞后）
（2）cosφ 2＝1.0（纯电阻负载） （3）cosφ 2＝0.8（超前） 分析：额定负载时，β ＝1；在已知 Rk* ，xk*和cosφ 2时, 可以通过公式
原边铜耗:pCu1=mI12R1 铁耗:pFe=mI02Rm
1
电磁功率:PM=mE2I2cosφ
副边铜耗:pCu2=mI22R2
2
P1
PM
P2
输出功率:P2=mU2I2cosφ
2
PCu1
PFe
变压器的运行特性
《电工技术》知识点：变压器的运行特性变压器的外特性和电压调整变压器的外特性:当一次侧电压U 1和负载功率因数cos 2保持不变时，二次侧输出电压U 2和输出电流I 2的伏安特性，即U 2= f (I 2)的关系曲线。
感性负载U 2I 2U 20I 2N 纯阻性负载O 22222)(I X R E U j 容性负载U 20：一次侧加额定电压、二次侧开路时，二次侧的输出电压。
一般供电系统希望要硬特性（随I 2的变化，U 2变化不大），电压变化率约在5%左右。
%%10020220 U U U U 电压调整率：当变压器外加电源电压一定时，变压器从空载到负载运行时，二次绕组电压的变化率。
U 2变压器的外特性和电压调整变压器的效率( )C u F e%%P P P P ΔP ΔP 2212100100一般 95% ,负载为额定负载的(50 ～75)%时， 最大。
输出功率输入功率变压器的效率为变压器的效率：是变压器的输出功率与对应的输入功率的比值，通常用百分数表示。
P 2P 1变压器的损耗包括两部分：铜损( P Cu ) ：绕组导线电阻的损耗。
涡流损耗：交变磁通在铁心中产生的感应电流(涡流)造成的损耗。
磁滞损耗：磁滞现象引起铁心发热，造成的损耗。
铁损( P Fe )：变压器的效率( )变压器的运行特性例：一台单相变压器S=180V A，其额定电压为N6000/230V，变压器的铁损为0.5kW，满载时铜损为2kW，如变压器在满载情况下向cosφ=0 .85的负载供电，U=220V。
试求：1）变压器的效率？2）2电压调整率？3）这台变压器能否允许接入120kW、U2=220V 、cosφ=0 .55的感性负载？解：1）变压器的效率N N N A S I U 3218010783230cos kWP U I . 222220783085146%Δ%%P P P. 2233331001461010098146100510210N 2N V U /U / 16000230Fe ΔkW P . 05Cu ΔkW P 2N VA S 180变压器参数：负载参数：V U 2220cos . 085变压器的运行特性2）电压调整率N NΔ%%%%%U U U U U U U . 2022022210010023022010023043变压器的运行特性3）接入负载参数:感性负载I 2＞I 2N ，不可接入该负载A cos P I U . 322212010992220055变压器的运行特性若I 2≤ I 2N ，则可接入该负载kW P 2120cos . 055N A I 2783VU 2220变压器的运行特性。
变压器的经济运行分析
变压器的经济运行分析引言变压器是电力系统不可缺少的重要组件，用于将输电线路中高电压电能转化为用于供电的低电压电能。
在电力系统中，变压器占据着重要的地位。
为了确保变压器的正常运行，减少损耗和维护成本，需要进行经济运行分析。
变压器的经济运行原理变压器的经济运行是指在稳定的负荷下运行变压器，使其达到最佳效益，同时保证其运行的安全性、可靠性和稳定性，从而实现变压器的经济和社会效益最大化。
变压器的功率损耗主要包括铁损和铜损。
铁损是由于变压器的铁芯在磁通变化过程中所吸收的能量导致的。
铜损是由于变压器线圈中通电时产生的电流而导致的。
在变压器的日常使用中，铜损主要取决于变压器的负荷率和电压等级。
而铁损则主要受变压器的磁通密度影响。
影响因素1.负荷率负荷率是变压器经济运行的重要因素。
负荷率过低会导致铜损增加，过高则可能导致铁损过大。
当负荷率不断变化时，发生在变压器内部的温度变化也会显著影响变压器的效率和正常运行。
2.电压等级电压等级是变压器额定容量和负载特性的主要影响因素之一。
当变压器的额定容量和负载特性与负载条件不匹配时，铜损和铁损将造成电能损耗增加。
3.变压器类型变压器类型也是影响变压器经济运行的一个关键因素。
根据变压器的类型不同，其铁损和铜损损耗量也会有所不同。
经济运行分析变压器的经济运行分析的主要目的是实现变压器的最佳负荷率，从而达到最佳效益。
首先，需要了解变压器的负载历史数据，这将提供一个基础信息需要.其次，需要实际运行测试，收集和分析数据变压器的运行表现，包括变压器的铜损、铁损、充电电流、相数电流、温度和压力等参数。
这些数据将为后期的分析和决策提供可靠的基础。
最后，通过对数据进行统计和分析，得出变压器的负荷率、有效工作时间以及更改运行模式的影响，从而为经济运行提供明确的建议和方案。
案例分析为了更好地说明变压器经济运行的原理和方法，我们将看看一个实际案例一家工厂近期投入使用一台容量为 1000kVA 的变压器，其额定电压等级为10kV/0.4kV，铜损 4kW，铁损 1.5kW。
变压器的运行特性
i1 N1
e1
i2
e2
N2 u2
u1
L2
ZL
变压器的运行特性
i0 1
L1
i2=0
e2
N2 u2 ZL
u1
L2
N1
e1
因为是空载运行，二次绕组开路，所以电流i2=0。 电流i1是产生磁通Φ的全部原因。此时称为空载电流i0 因为i0只用于产生主磁通，所以原绕组是一个纯电感电 0 路。 i0滞后u190 ，电动势e1与u1反相。e1与e2同相 · U1
变压器的运行特性
五、变压器的空载运行相量图
为了直观的表示各物理量之间的大小关系和相位关系，
可在一张相量图中将各个物理量用相量的形式表示出来，称 为变压器的相量图。
变压器的运行特性
E1 j 4.44 fN1 m
E 2 j 4.44 fN 2 m
U 20 E 2
系为：I1=I2/k
变压器的运行特性
二次绕组接上负载ZL ,流过负载电流 I 2 ，而 F2 除了与 一次绕组磁通势共同建立主磁通外，还有一小部分漏磁通 2
只与二次绕组交链，在二次绕组中产生相应的漏磁电动势 E 2 。
E 2 j I 2 L2 j I 2 X 2
* U2
cos(2 ) 0.8
1.0
cos2 1
cos 2 0.8
* I2 ( )
0
1.0
变压器的运行特性
在纯电阻负载时，电压变化较小；而在容性负载时， 外特性是上翘的，端电压可能出现随负载电流的增加反而 上升，说明容性电流有助磁作用，使U2上升；而感性电流 有去磁作用，使U2下降。 这也说明了二次侧功率因数对
干式变压器的运行特性及常见问题分析
干式变压器的运行特性及常见问题分析摘要：先介绍干式变压器的组成结构，谈一谈运行中的优越性，而后重点从冷却方式、过载能力、低压出线方式、温度控制系统、防护方式这五个方面分析论述干式变压器的运行特性。
最后指出干式变压器运行过程中的常见故障，提出故障的处理措施。
关键词：干式变压器；过载能力；油浸式变压器相比于油浸式变压器，干式变压器虽然存在着一些局限性，但有着非常广泛的应用，原因之一是干式变压器具有很强的安全性。
目前来看，电力系统中的锅炉变压器、除尘变压器、汽机变压器、脱硫变压器都是干式变，发挥着重要性的作用。
但干式变压器运行过程中也常出现一些故障，主要是绝缘电阻下降、铁芯多点接地、跳闸故障，不利于干式变压器的安全性使用。
为此，必须明确干式变压器的运行特性和常见故障的处理方法，保证干式变压器的运行安全。
结合现有的研究成果，本文进一步分析探讨了干式变压器的运行特性和故障处理，现作如下的论述。
一、干式变压器的组成结构与优越性（一）干式变压器的组成结构干式变压器主要有两部分组成，一是铁芯，二是绕组。
铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠成，包括铁芯柱和铁轭这两部分，铁轭的含硅量较高，由表面涂有绝缘漆的硅钢片叠加而成。
绕组在干式变压器的运行过程中发挥着重要作用，是电路通道，多是由圆线交叠绕制而成，或者是由纸包的绝缘扁线绕制而成，目前市场上的干式变压器多使用箔式结构[1]。
原因在于这一种绕组结构可以提升干式变压器的冷却性能，机械强度和耐压力也可以很好的提升。
除铁芯和绕组，干式变压器会设计专有的绝缘结构，包括内部绝缘和外部绝缘。
（二）干式变压器的优越性与油浸式变压器有所不同，干式变压器的冷却介质是空气，主要的冷却方式是强制风冷和自然风冷，运行过程中通过科学控制温升，可以确保干式变压器的运行安全与稳定。
总的来说，干式变压器运行过程中有以下的优势：①干式变压器多是采用环氧树脂进行浇注，有着阻燃的性能，且非常的环保安全。
②与油浸式变压器相比，干式变压器的绝缘性更好，运行过程中较为安全，且允许温升，所以防潮能力可以得到提升。
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变压器运行特性分析 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020课程设计名称：电机与拖动课程设计题目：变压器运行特性分析计算专业：班级：姓名：学号：课程设计成绩评定表变压器在我们的生活中无处不在，为了适应不同的使用目的和工作条件，现实生活中有很多种类型的变压器，常用的变压器有：电力变压器、特殊用途的电源变压器、测量用变压器、控制变压器，且这些类型的变压器在结构和性能上的差别也很大。
虽然这些变压器有所不同，但是它们的基本原理是相同的。
本设计通过对变压器的变换关系即电压变换、电流变换、阻抗变换，分析研究出变压器运行时的基本方程式，并通过相应的折算得出变压器的等值电路，从而完成对变压器空载，变压器负载运行，变压器空载合闸，变压器副边突然短路时的分析与计算。
为了简化计算、减少计算量，本设计在相应的计算上使用MATLAB软件进行辅助。
通过本设计的研究计算能对变压器的分析和计算方法有初步的了解，对变压器出现空载、负载运行、空载合闸、副边突然短路时的电压、电流变化有准确的认识。
关键词：变压器；基本方程式；折算；等值电路；MATLAB计算1 变压器结构及其组成部分 (1)变压器的基本结构 (1)铁芯 (1)绕组 (1)油箱和冷却装置 (2)绝缘套管 (2)其他构件 (2)变压器的额定值 (2)2变压器的变换关系 (4)电压变换 (4)电流变换 (4)阻抗变换 (5)3变压器等值电路及其折算关系 (6)4变压器空载时的分析与计算 (8)5变压器负载运行时的分析与计算 (9)6变压器副边突然短路时分析计算 (10)7结论 (11)8心得体会 (12)参考文献 (13)1 变压器结构及其组成部分变压器的基本结构电力变压器主要由铁芯、绕组、变压器油、油箱、绝缘套管组成组成。
铁芯和绕组是变压器的主要部分，二者装配到一起称为变压器的器身。
图1-1为油浸式变压内部结构示意图。
图1-1 油浸式变压内部结构示意图铁芯铁芯是变压器的主磁路，又是变压器器身的骨架。
铁芯由铁芯柱、铁轭和夹件组成。
变压器铁芯可以分为心式铁芯和壳式铁芯两大类，为了提高磁路的导磁性能和降低铁芯的磁滞及涡流损耗，铁芯通常用厚或且表面涂有绝缘漆的硅钢片叠制而成。
为了保证良好的导磁性能，减少励磁电流，通常是把铁芯柱和铁轭的硅钢片一层层的交错重叠。
绕组绕组是变压器的电路部分，通常是用包有绝缘的铝导线或铜导线绕制而成。
根据高、低压绕组在铁芯柱上排列方式的不同，变压器绕组可以分为同芯式和交叠式两种。
通信式的高、低压绕组同心地套装在铁芯柱上。
交叠式绕组交替套在铁芯柱上。
这种绕组高、低压之间的间隙较多，绝缘比较复杂，但是漏电抗小，引线方便，机械强度好，主要用在电炉和电焊等特种变压器中。
如图1-2。
油箱和冷却装置油浸式变压器的器身放置在充满变压器油的油箱内。
变压器油是从石油中分馏出来的一种矿物油，起绝缘和冷却的作用。
油箱的结构与变压器的容量有关。
变压器的容量越大，发热问题就越严重。
绝缘套管变压器的引线从油箱内穿过油箱盖时，必须进过绝缘套管，以使带电的引线和接地的油箱绝缘。
绝缘套管由中心套杆和瓷套俩部分组成。
导杆下端经过分接开关与绕组端子连接，上端与外电路连接。
图1-2 电力变压器绝缘套管其他构件电力变压器除了上述几种基本结构外，还有储油柜、气体继电器、分接开关、测温装置、安全气道、油表等。
变压器的额定值额定电压U1N/U2N（kV或V）。
指变压器长期运行时的所能承受的额定电压。
一次侧的额定电压U1N是指规定加到原绕组的电压；二次侧的额定电压U2N是指当原绕组上加额定电压时，副边绕组空载时的开路电压。
对于三相变压器指的均是线电压。
额定电流I 1N /I 2N （kA 或A ）。
指变压器在额订容量下，各绕组长期运行时允许通过的电流。
额定容量S N （KV A 或V A ）。
它是变压器在额定工作条件下输出能力的保证值，是变压器的视在功率。
单相变压器的额定容量为1122N N NN NS U IU I ==三相变压器的额定容量为1N 1N 2N 2N I I N S =额定频率f N 。
我国规定标准的工业用电频率为50Hz 。
2变压器的变换关系变压器是利用电磁感应原理将某一电压的交流换成频率相同的另一电压的交流电的能量的变换装备。
变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组，如图2-1所示。
一个绕组接电源，称为原绕组（一次绕组、初级），另一个接负载，称为副绕组（二次绕组、次级）。
当交流变压器U 1加到一次侧绕组，同时也穿过二次侧绕组，它分别在两个绕组中产生感应电动势。
这时如果二次侧与外电路的负载接通，便有交流I 2流出，负载端电压即为U 2。
原绕组各量用下标1表示，副绕组各量用下标2表示。
原绕组匝数为N 1，副绕组匝数为N 2。
图2-1 变压器工作原理图电压变换111m E =j4.44N f φ （） 221m E =j4.44N f φ （）111m 1221m2E 4.44N f N E 4.44N f N k==φφ＝（）在忽略1z 和2z 的情况下，11U E ≈，22U E ≈，故变压器的变比还可以近似地认为等于变压器一、二次绕组的电压比，即1122E U E U k=≈ （）只要适当选择一二次绕组的匝数比，就可以把一次绕组的电压变换到所需的二次绕组电压。
电流变换当外加电压1U 和其频率1f 一定时，主磁通基本保持不变，因此有变压器负载运行时的磁势平衡方程式：1122m 1I N I N =I N （）通过相应的化简和等效可得一、二次电流有效值之比为1221I N 1I N k == （）这就是变压器实现电流变换的原理。
阻抗变换变压器除了具有电压和电流的变换作用之外，还有阻抗的变换作用。
121212122122U U N /N N U 22I I N /N N I ===k L z （）（）由此可见，负载经过变压器后，其阻抗模相对于电源而言增加了绕组你匝比的平方倍。
3 变压器等值电路及其折算关系通过计算可以得出变压器的二次侧折算到一次侧后二次侧参数会发生改变，折算后二次侧的阻抗为原来的k方倍，二次侧的感应电动势为原来的k 倍，二次侧负载上的电压为原来的k，二次侧电流变为原来的1/k倍。
并且可以得到图3-1变压器的“T”形等值电路。
图3-1 变压器的“T”形等值电路在实际应用中励磁电流很小，因此在一次绕组阻抗上产生的压降很小，故可以忽略，这样便可以将“T”形等值电路中的励磁支路从中间移出来，并联在电压源的端点上形成“Γ”形等值电路。
1r 1x 1U I I '=-2'm r mI图3-2 变压器的Γ形等值电路变压器负载运行时I 1>>I m ，可以把励磁电流忽略不计，于是将励磁支路去掉就可以得到简化等值电路。
1U 12I I '=-2'kx kr图3-3 变压器的简化等值电路12k r r r '=+12k x x x '=+12k k k z z z r jx '=+=+其中为短路电阻；X k 为短路电抗；Z k 为短路阻抗。
由此可见使用等值电路来计算单相变压器的参数带来了很大的方便。
4 变压器空载时的分析与计算当在变压器一次侧加额定电压380V 时，二次侧开路，即Z L 为无穷大，根据变压器的“T”形等效电路，可得此时电路的方程式：·20I A =···212U =E E =-- ····m 121I =I I =I +···11m m m m =I *z =I r jx E --（+）·····11111111U =(r jx )E I z E I -+=-++通过MATLAB 软件算出上述参数的具体值：·1=379.72j0.14395V E -- ··12U ==379.72j0.14395A E -+ ··1m I =I =0.1179j 1.2135A -通过计算可得，当二次侧开路时，二次侧电压几乎等于一次侧电压，励磁电流即为一次侧的电流，且励磁电流也很小，几乎为0。
5 变压器负载运行时的分析与计算由于U 1N /U 2N =380V/220V ，所以可以算出该电压器的变比k=。
将二次侧的数值折算到一次侧时，电压、电流、阻抗的变换关系： '2k L L z z =；'222k z z ='22U =kU ； '122k I =I其中：L z =4+3j ；2z =+给变压器两侧加上380V 电压，让变压器带负载运行时，且负载阻值Z L =4+3j 时，根据变压器的“T”形等效电路，可以得出下列方程式：···1111U =I z E -+'''···'2222U E I z =- '···12I I I m =- '··12E E = ··1E I m m z =-'''··22U I z L =其中：U 1=380V通过MATLAB 软件算出上述参数的具体值：·41E =380 4.5269*10j --- 1I =0.0070.0143j - m I =0.1175 1.2144j - '2I =0.1105 1.2002j -'2380.20.1067U j =-+通过上述具体值可以得出，该变压器在额定输入电压下带负载Z L =4+3j 时，一次侧电流较小，且负载上的实际电压方向与假定的方向相反，实际电流方向与假定的电流方向相同，励磁电流等于一次侧和二次侧的电流之和。
6 变压器副边突然短路时分析与计算在第五小节中已经算出了电压器的的变比k=，并且二次侧折算到一次侧后阻抗、电流、电压的变换关系都有了详细的介绍。
当变压器带负载运行时，变压器副变突然短路时，即Z L ’=0，根据“T”形等效电路可以得出下列方程式：···1111U =I z E -+''··'222E I z = '···12I I I m =- '··12E E = ··1E I m m z =-其中：U 1=380V通过MATLAB 软件算出上述参数的具体值： 0.3413 3.5681m I j =-+ 13076.74843.7I j =- 2130774847.2m I I I j =-=-+ 11116.3 1.2442E j =-通过上述计算可得知：变压器在正常带负载运行时，若副变突然短路，则该变压器的励磁电流会略微减小，但是会瞬间产生一个很大的一次侧电流，从而产生很大的感应电动势，二次侧也会瞬间有一个较大的与参考方向相反的电流产生。