变压器外特性与效率特性
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
变压器参数测定与特性
7
一、空载试验
空载试验可以测出变压器的励磁参数。为了便于测试 和安全， 空载试验在低压侧施加电压 在不同的电压下， 分别记录I 和P
a A
x
X
接线图
等效电路
8
空载运行时，总阻抗
Z 0 = Z1 + Z m = ( R1 + jX 1σ ) + ( Rm + jX m )
Rm >> R1 , X m >> X 1σ 所以
30 + j310 + 0.1044 + j0.164 + 11.93 + j8.95 = 11.47 + j9.43 = 14.85∠39.43o
2
& = U ∠0 o，则 选U 1 1 &1 U = &1 = I
= 25.59∠ − 39.43。 Z d 14.85∠39.43。 = 19.77 − j16.25
ϕ 2 = 0, sin ϕ 2 = 0,
ΔU R = β R > 0,
* k
U
UN
3. cos ϕ = 0.8
（超前）
U2 < U2N
即端电压随负载增加而下降。 2. 感性负载
IN
1. cos ϕ = 1 2. cos ϕ = 0.8
（落后）
I
ϕ 2 > 0,
sin ϕ 2 > 0,
* * ΔU RL = β ( Rk cos ϕ 2 + X k sin ϕ 2 ) > ΔU R > 0
U2 =
′ 369.24 U2 = = 213.8(V) k 1.727
3
（2）功率因数、功率及效率
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。
变压器的外特性及效率
❖
ΔU％=(U20-U2)/U20×100% (2-18)
❖ 电力变压器的电压调整率约为5％。
❖ 2 变压器的功率与效率
❖ (1) 变压器的功率
❖ 变压器原绕组的输入功率为
❖
P1=U1I1cosφ1 (2-19)
❖ 式中：φ1为原绕组电压与电流的相位差。
❖ 变压器副绕组的输出功率为
❖变压器的外特性及效率
❖ 变压器的外特性及效率是变压器运行时的两个重要问题。
❖ 1 变压器的外特性和电压调整率
❖ (1) 变压器的外特性
❖ 交流供电系统中的用电设备通常要通过变压器接入 电源。在变压器原边接入额定电压U1，副边开路时 的开路电压为U20。变压器副边接入负载后，有电流 I2输出，副绕组中产生电抗压降，根据式(2-15) 可 知，输出电压U2随输出电流I2的变化而变化，即 U2=f(I2)关系称为变压器的外特性，如图2-9所示。
变压器满载时效率在95％以上，大型变压器效率可 达99％。
图2-9〓变压器的外特性曲线
❖ 对电阻性和电感性负载而言，电压U2随电流I2的增 加而下降。外特性的下降程度与负载的功率因数
cosφ有关，功率因数愈低，下降愈剧烈。
❖ (2) 电压调整率
❖ 变压器副绕组电压U2随I2的变化情况，除了用外特 性表示外，还可以用电压调整率ΔU％来表示。如副
绕组的空载电压为U20，当I2增加到额定值I2N时的端 电压为U2，则电压调整率ΔU％可用式(2-18)表示：
变压器负载运行时，电流在原、副绕组电阻上产生
的损耗。变压器中铜损耗的大小与绕组中通过的电
流大小有关。
❖ (2) 变压器的效率
❖ 变压器的效率是指变压器输出的有功功率P2与输入 的有功功率P1的比值，用η表示：
变压器介绍PPT课件
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几。 让EAB指向12点，Eab指几点该三相变压器联结组的标号数就是几。
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5、三相变压器联结组标号的确定
1）Yy0联结组
EAB A BC . ..
EA EB EC
“12”
B
XYZ Eab
a bc ...
Ea Eb Ec
EAB
EB
Eab Ea Eb EA EC
Aa
Ec ECA
EBC C
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图1-15 变压器同名端测定方法接线图
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5、三相变压器联结组标号的确定 判别三相变压器的联结组标号采用“时钟序数表示法”。
• “时钟表示法”规定：变压器高压边线电势相量为长针，永远指向钟面上的12 点；低压边线电势相量为短针，指向钟面上哪一点，则该点数就是变压器联接组 别的标号。
三相变压器并联运行的条件： 1) 并联运行的各台变压器，其额定电压、电压比要相等 2）并联运行变压器的联结组别必须相同 3）并联运行的各台变压器，其短路阻抗的相对值要相等
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五、 其他用途的变压器
1、自耦变压器 自耦变压器的结构特点是：一、二次绕组共用一个绕组。
自耦变压器的计算与普通变压器相同。 自耦变压器的输出视在功率（即 容量）有两部分：
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2、带磁分路的弧焊变压器
在变压器的一次绕组和二次绕组的两个铁芯柱之间，安装一个磁分路动铁芯，由于 磁分路动铁芯地存在，增加了漏磁通，增大了漏电抗，从而是变压器获得迅速下降 的外特性。 通过弧焊变压器外部手柄来调节螺杆，并将磁分路铁心移进移出，使漏磁通增大或 减小，即漏电抗增大或减小，从而改变焊接电流的大小。另外，还可通过二次绕组 抽头调节起弧电压的大小。
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)
变压器的运行特征
一、变压器的运行特征变压器的运行特征主要有外特征与效率特性，而表征变压器运行性能的主要指标则有电压变化率和效率。
1、电压变化率1）外特性变压器一次侧接上额定电压，二次侧开路时，二次侧空载电压就等于二次侧额定电压，外特性是指一次侧加额定电压，负载功率因数cosφ2一定时，二次侧端电压随负载电流变化的关系，即U2=f (I2)。
变压器在纯电阻和感性负载时，外特性是下降的，而客性负载时可能是上翘的。
2）电压变化率负载电流变化，变压器副边端电压将随着发生变化。
电压调整率是变压器负载时副边端电压变化程度的一种程度。
假定变压器原边接电源电压，副边开路时的端电压为额定值，当副边接入负载后，即使原来电压保持不变，副边端电压不再是额定值，原边电压保持为额定值，负载功率因数为常数，空载和负载的副边端电压之差与副边额定电压的比值，即电压变化的标么值称为电压变化率，用⊿U*表示即⊿U*=(U20-U2)/U2N式中U20—副边空载电压U2—时的副边端电压由于副边空载端电压U20等于副边额定电压U2N，经过折算后，公式1可写成⊿U*=(U20-U2)/U2N=(U'2N-U'2)/U'2N=(U10-U'2)/U1N电压变化率是变压器的主要性能指标之一，负载电流变化时，副边端电压变化的原因，是变压器内部存在电阻和漏抗而引起内部电压降。
副边电压的变化程度，即⊿U*的大小，不仅同变压器本身的阻抗有关，而且与负载的大小和性能有关。
综合上述，负载为感性时，φ2角为正值，故电压变化率为正值，即负载时的副边电压恒比空载电压低；负载为容性，φ2角为负值，故电压变化率有可能为负值，亦即负载时的副边电压可能高于空载电压。
为了保证供电电压的质量，尽可能保持副边电压的稳定，这就需要进行调压。
在电力系统中调压的方法很多，例如调节发电机出口电压，用同步调相机，在负载端并联电容器等。
但采用最多、最普遍的还是变压器调压。
电机与拖动1.6 变压器的运行特性
0
I2N
图1-20 变压器外特性
I2
Page 2
1.6变压器的运行特性
1.6.1电压变化率和外特性
U 2的大小与 I2 有关； 特殊点：I2 0时，U 20 U2N （空载）
一般规律：I2 U2 U2N
U2
为了表征电压随负载电流变化的程度
，可用电压变化率ΔU*表示。电压变 U2N
化率是指在一次侧加额定电压，二次
解：（1-1）直接接入时
电源输出的电流为 I1 Es /(Rs RL ) 8.5 /(72 8) 0.106 (A)
扬声器获得的功率为
P1 I12RL 0.106 2 8 0.09(W)
图1-43 扬声器经变压器接功率放大器
Page 13
【实例1-8】
（1-2）通过变压器接入时
电源输出的电流为 I1 Es /(Rs R) Es /(Rs k 2RL ) 8.5 /(72 32 8) 0.06(A)
I1N
U1N
I1N (rk cosj2 xk sin j2 ) 100% U1N
（1-67）
jI1xk
I1rk
U1 j2
-U2
j1 j2
I1=-I2
式中，β=I1/I1N=I2/I2N，称为变压器 的负载系数。若用标幺值表示，电压变
化率公式为
1-21感性负载的简化等效电路相量图
U * (rk*cosj2 xk*sinj2 ) （1-68） Page 4
标。
Page 3
1.6变压器的运行特性
1.6.1电压变化率和外特性
j2
可根据简化等效电路的相量图（见图 1-21）推导出电压变化率的计算公式，即
电工技术基础(王英)课后题答案第8章
第8章变压器重点变压器的基本结构、工作原理、功能与外特性和一些特殊变压器。
8.1 理论提要8.1.1 变压器的基本结构及工作原理1．基本结构铁心和绕组是变压器的主要部件，与电源相联接的称为一次绕组（又称原绕组），与负载相联接的称为一次绕组（又称副绕组），如图8-1 所示。
对于中大型变压器还需特制外壳和冷却装置。
2．工作原理图8-1 变压器原理图变压器是利用电磁感应原理，通过铁心中的交变主磁通Φ，将电能从一次侧（原边）传送到二次侧（副边）及负载上。
在空载和负载两种情况下，主磁通Φ近似相等，则磁动势也近似相等。
8.1.2 变压器的功能i1i2i1u 1 Z L u2Z′u1 LN1 : N2图8-3 图8-2 的负载阻抗等效变换图8-2 变压器的电路图11．电压变换U=N=1 1U N2 2K即：变压器一次、二次绕组的感应电动势与其匝数成正比，电路如图8-2 所示。
当变压器的变比K>1 时，变压器功能为降压变压器；当K<1 时，变压器功能为升压变压器。
2．电流变换I N 11 =2 =I N K2 1即：变压器一次、二次绕组的电流之比近似等于它们的匝数比的倒数，电路如图8-2 所示。
3．阻抗变换Z′=K2 ZL L其等效变换电路如图8-3 所示。
利用阻抗变换关系式，可使负载从电源上获取最大功率，即使其等效阻抗与电源内阻抗相等，又称为阻抗匹配。
4．变压器的损耗与效率η=P 2 P 1式中，P为变压器的输出功率，2 P为输入功率，η为效率。
1P、1 P与损耗的关系2P=P+P+P1 2 cu Fe其中：铁损耗P Fe 是不变损耗，在U1 和f一定时，不随负载大小的变化而变化；铜损耗P Cu 是可变损耗，其大小正比于电流的平方。
变压器的功率损耗小，效率高，通常为95%以上。
5．额定容量单相变压器S N =U I≈U I2N 2N 1N 1N当变压器额定运行时，二次（副边）电流为额定电流，二次电压U<U。
变压器的外特性
看课本P177—178,（10分钟） （ 分钟 分钟） 看课本 1. 掌握电压变化率的求法。 掌握电压变化率的求法。 2.掌握输入功率、输出功率、功 掌握输入功率、 掌握输入功率 输出功率、 率损耗的求法， 率损耗的求法，及三者之间的 关系。 关系。 3.会求变压器的效率。 会求变压器的效率。 会求变压器的效率
1.变压器的工作原理依据 变压器的工作原理依据_____. 变压器的工作原理依据 2.升压变压器的变压比 升压变压器的变压比K____. 升压变压器的变压比 3.某信号源内阻内阻为 某信号源内阻内阻为32 ，扬 某信号源内阻内阻为 声器阻抗为8 ，为实现阻抗匹 声器阻抗为 配，应选择变压器的变压比为 __.
5.变压器电压调整率的含义 5.变压器电压调整率的含义 1.变压器的外特性 1.变压器的外特性 在电源电压不变的情 况下， 况下，变压器二次侧接入 负载后， 负载后，一、二次绕组都 有电流通过，必然产生一、 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。 减而变化。二次电压从随 二次电流变化的特性曲线 U 2 = f (I 2 ) 称为变压器的外特性。 称为变压器的外特性。
2. 变压器的外特性与负载大小和 性质有关，随负载的增大， 性质有关，随负载的增大，对 电容性负载来说， 电容性负载来说，其端电压将 （） A.不变 B.上升 不变 上升 C.下降较小 D.下降较多 下降较小 下降较多
3.变压器的损耗包括 变压器的损耗包括___和____. 变压器的损耗包括 和 4.铜损耗 CU又称 铜损耗P 又称____,是_____ 铜损耗 是 产生的， 产生的，其值与电流的平方成 ____ 5.铁损耗 Fe又称 铁损耗P 铁损耗 又称_____,是铁心通 是铁心通 过交变的磁通时产生的____和 过交变的磁通时产生的 和 _____,其值与铁心中磁通量的 其值与铁心中磁通量的 最大值______. 最大值
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。
变压器外特性和电压变化率(精)
变压器外特性和电压变化率 1． 变压器的外特性变压器的外特性是指一次侧电压为额定值U 1N ，负载功率因数cos φ2一定时，二次侧端电压U 2随负载电流I 2变化的关系曲线，即U 2=f （I 2），如图1所示。
在负载运行时，由于变压器内部存在阻抗和漏抗，当负载电流流过时，变压器内部将产生阻抗压降，使二次端电压随负载的变化而变化。
图1-2-6所示为不同负载性质时变压器的外特性曲线。
由图可知，当负载容性时，外特性是上翘的；而负载感性时，外特性是下降的。
也就是说容性电流有助磁作用，使U 2上升；而感性电流有去磁作用，使U 2下降。
变压器二次电压的大小不仅与负载电流的大小有关，还与负载的功率因数有关。
图1 变压器的外特性曲线图因此，在变压器输入电压U 1不变时，影响外特性的因素是Zs l 、Zs 2及cos 2ϕ。
为了使各种不同容量和电压的变压器的外特性可以进行比较，在图1-2-6中坐标都用相对值U 2／U 2N 、I 2／I 2N 表示，这种值也称为标么值。
2． 电压变化率（电压调整率）变压器二次侧输出电压随负载而变化的程度用电压变化率ΔU%示。
所谓电压变化率，是指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（U 2N -U 2）与额定电压U 2N 的比值，，通常可以表示为：100%222⨯-=∆N N U U U U ％=1002⨯∆NU U ％ 式中 U 2N ——变压器二次侧输出额定电压(即二次侧空载电压U 02)U 2——变压器二次侧额定电流时的输出电压。
电压变化率△U%是表征变压器运行性能的重要指标之一，它的大小与负载大小、性质及变压器的本身参数有关,反映了供电电压的稳定性。
一般电力变压器，当cos 2ϕ≈1时，%U ∆≈2％～3％，当cos 2ϕ≈0.8时，%U ∆≈4％～6％，可见提高二次侧负载功率因数cos 2ϕ，还能提高二次侧电压的稳定性。
一般情况下照明电源电压波动不超过±5％，动力电源电压波动不超过+10％～—5％。
电机与变压器教案6
湖南省技工学校
理论教学教案
教师姓名：
注：教案首页，教案用纸由学校另行准备湖南省劳动厅编制
益阳高级技工学校
图1.12 变压器的外特性
电容性负载：U 2随I 2的增大而增大（容性负载减小了无功电流分量）；电阻和电感性负载：U 2随I 2的增大而减小。
变化程度用电压变化率来表示。
定义：100%100%22
22220N
N N U U U U U U U -=-=
∆
益阳高级技工学校
益阳高级技工学校
图1.13 变压器的效率特性 二、变压器的阻抗变换
变压器一次侧接交流电源，对电源来说是一个负载。
抗可用输入电压、输入电流来计算，即变压器的输入阻抗为11
I U ,而变压器的二次侧输出又接了负载，电压、在Z2=
2
2
I U =Z fz 关系。
可以看出经过变压器把要变压器直接把Z 2接到电源上，两者是完全不一样的，这里变压器起到改变阻抗的作用，把Z 2变成Z 1可以在 变换公式
这说明负载Z 2经过变压器以后阻抗扩大了抗Z 2的大小，要把它变成另一个一定大小的阻抗变压器，该变压器的变比K=21/Z Z
在电子线路中，这种阻抗变换很常用，如扩音设备中扬声器的．阻抗很小(4~16)，直接接到功放的输出，则扬声器得到的功率很小，
益阳高级技工学校。
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
变压器的主要参数有哪些？分别代表什么含义
变压器的主要参数有哪些？分别代表什么含义
变压器的主要参数有电压比、频率特性、额定功率和效率等。
(一)电压比n变压器的电压比n与一次、二次绕组的匝数和电压之间的关系如下:n=V1/V2=N1/N2
式中N1为变压器一次(初级)绕组，N2为二次(次级)绕组，V1为一次绕组两端的电压，V2是二次绕组两端的电压。
升压变压器的电压比n小于1，降压变压器的电压比n大于1，隔离变压器的电压比等于1。
(二)额定功率P此参数一般用于电源变压器。
它是指电源变压器在规定的工作频率和电压下，能长期工作而不超过限定温度时的输出功率。
变压器的额定功率与铁心截面积、漆包线直径等有关。
变压器的铁心截面积大、漆包线直径粗，其输出功率也大。
(三)频率特性频率特性是指变压器有一定有工作频率范围，不同工作频率范围的变压器，一般不能互换使用。
因为变压器有其频率范围以外工作时，会出现工作时温度升高或不能正常工作等现象。
(四)效率效率是指在额定负载时，变压器输出功率与输入功率的比值。
该值与变压器的输出功率成正比，即变压器的输出功率越大，效率也越高;变压器的输出功率越小，效率也越低。
变压器的效率值一般在60%~100%之间。
工厂供配电知识点变压器的外特性及电压调节
工厂供配电知识点变压器的外特性及电压调节变压器是工厂供配电系统中重要的设备之一，主要用于电能的传输和变换。
在工厂供配电的过程中，变压器的外特性及电压调节是需要了解和掌握的知识点。
下面将详细介绍变压器的外特性和电压调节。
一、变压器的外特性1.开路特性：变压器的开路特性是指在载流量为零时，变压器二次侧开路电压与一次侧电压的关系。
开路特性可通过实验方法测得，通常以开路试验来确定。
2.短路特性：变压器的短路特性是指当变压器的一次侧短路，二次侧接负载时，变压器的电压与电流之间的关系。
短路特性可通过实验方法测得，通常以短路试验来确定。
3.额定容量：变压器的额定容量是指变压器可连续工作的最大容量，也是变压器选择和设计的重要参数。
额定容量与变压器的输出功率直接相关。
4.空载损耗：变压器的空载损耗是指变压器在无负载运行时的损耗，包括铁心损耗和电流损耗。
5.负载损耗：变压器的负载损耗是指变压器在负载运行时的损耗，主要由铜损耗和铁心损耗组成。
二、电压调节电压调节是指在负载变动或系统电压波动时，变压器能够稳定输出额定的电压。
电压调节主要分为静态调压和动态调压两种。
1.静态调压：静态调压是指在变压器负载不变的情况下，通过调节一次侧电压来实现输出电压的稳定。
静态调压主要通过变压器的变比来实现，通过调节变比，可以改变变压器的输出电压。
2.动态调压：动态调压是指在变压器负载变动或系统电压波动的情况下，通过自动控制来调整变压器的输出电压，使其保持稳定。
动态调压主要通过自动稳压器来实现，自动稳压器根据输出电压的变化，调节变压器的变比或输入电压，以实现电压的稳定。
电压调节的目的是为了保持变压器的输出电压稳定，以保证工厂供配电系统正常运行。
在实际应用中，需要根据变压器的负载情况和系统电压波动情况进行合理的电压调节设计，以实现稳定的供电。
综上所述，变压器的外特性及电压调节是工厂供配电中重要的知识点。
了解变压器的外特性，可以帮助正确选择和设计变压器，并保证变压器的正常运行。
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一、变压器的外特性及电压变化率
变压器空载运行时，若一次绕组电压U
1不变，则二次绕组电压U
2
也是不变的。
变压器加上负载之后，随着负载电流I
2的增加，I
2
在二次绕组内部的阻抗压降也
会增加，使二次绕组输出的电压U
2
随之发生变化。
另一方面，由于一次绕组电
流I
1随U
2
增加，因此I
2
增加时，使一次绕组漏阻抗上的压降也增加，一次绕组
电动势E
1和二次绕组电动势E
2
也会有所下降，这也会影响二次绕组的输出电压
U 2。
变压器的外特性是用来描述输出电压U
2
随负载电流I
2
的变化而变化的情况。
当一次绕组电压U
1和负载的功率因数cosφ
2
一定时，二次绕组电压U
2
与负载电
流I
2
的关系，称为变压器的外特性。
它可以通过实验求得。
功率因数不同时的
几条外特性绘于图2—17中，可以看出，当cosφ
2=1时，U
2
随I
2
的增加而下降
得并不多；当cosφ
2降低时，即在感性负载时，U
2
随I
2
增加而下降的程度加大，
这是因为滞后的无功电流对变压器磁路中的主磁通的去磁作用更为显著，而使
E 1和E
2
有所下降的缘故；但当cosφ
2
为负值时，即在容性负载时，超前的无功
电流有助磁作用，主磁通会有所增加，E
1和E
2
亦相应加大，使得U
2
会随I
2
的增
加而提高。
以上叙述表明，负载的功率因数对变压器外特性的影响是很大的。
图2－17 变压器外特性
在图2—17中，纵坐标用U
2／U
2N
之值表示，而横坐标用I
2
／I
2N
表示，使得在坐
标轴上的数值都在0～1之间，或稍大于1，这样做是为了便于不同容量和不同电压的变压器相互比较。
一般情况下，变压器的负载大多数是感性负载，因而当负载增加时，输出电压U
2
总是下降的，其下降的程度常用电压变化率来描述。
当变压器从空载到额定负
载（I
2=I
2N
）运行时，二次绕组输出电压的变化值ΔU与空载电压（额定电压）
U
2N
之比的百分值就称为变压器的电压变化率，用ΔU％来表示。
式中，U
2N 为变压器空载时二次绕组的电压（称为额定电压）；U
2
为二次绕组输出
额定电流时的电压。
电压变化率反映了供电电压的稳定性，是变压器的一个重要性能指标。
ΔU％越小，说明变压器二次绕组输出的电压越稳定，因此要求变压器的ΔU％越小越好。
常用的电力变压器从空载到满载，电压变化率约为3％～5％。
例2—4：某台供电电力变压器将U
1N
=10000V的高压降压后对负载供电，要求该
变压器在额定负载下的输出电压为U
2
=380V，该变压器的电压变化率ΔU％＝5％，
求该变压器二次绕组的额定电压U
2N
及变比K。
这样，就能理解在电力变压器铭牌中为什么给额定线电压为380V的负载供电时，变压器二次绕组的额定电压不是380V，而是400V。
二、变压器的损耗及效率
变压器从电源输入的有功功率P
1和向负载输出的有功功率P
2
可分别用下式计算
P
1
=U
1
I
1
COSφ
1
P
2
=U
2
I
2
COSφ
2
两者之差为变压器的损耗ΔP，它包括铜损耗P
Cu 和铁损耗P
Fe
两部分，即
ΔP=P
Cu +P
Fe
1．铁损耗P
Fe
变压器的铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗两部分。
基本铁损耗包括铁心中的磁滞损耗和涡流损耗，它决定于铁心中的磁通密度的大小、磁通交变的频率和硅钢片的质量等。
附加损耗则包括铁心叠片间因绝缘损伤而产生的局部涡流损耗、
主磁通在变压器铁心以外的结构部件中引起的涡流损耗等，附加损耗约为基本损耗的15％～20％左右。
变压器的铁损耗与一次绕组上所加的电源电压大小有关，而与负载电流的大小无关。
当电源电压一定时，铁心中的磁通基本不变，故铁损耗也就基本不变，因此铁损耗又称“不变损耗”。
2．铜损耗P
Cu
变压器的铜损耗也分为基本铜损耗和附加铜损耗两部分。
基本铜损耗是由电流在一次、二次绕组电阻上产生的损耗，而附加铜损耗是指由漏磁通产生的集肤效应使电流在导体内分布不均匀而产生的额外损耗。
附加铜损耗约占基本铜损耗的3％～20％。
在变压器中铜损耗与负载电流的平方成正比，所以铜损耗又称为“可变损耗”
3．效率
变压器的输出功率P
2与输入功率P
1
之比称为变压器的效率η，即
由于变压器没有旋转的部件，不像电机那样有机械损耗存在，因此变压器的效率一般都比较高，中小型电力变压器效率在95％以上，大型电力变压器效率可达99％以上。
例2－5：S9－500/10低损耗三相电力变压器额定容量500kV·A，设功率因素为
1,二次电压U
2N =400V，铁损耗P
Fe
=0.98KW，额定负载时铜损耗=P
Cu
＝4.1kW，求二
次额定电流I
2N
及变压器效率η。
前面已经讲过降低变压器本身的损耗，提高其效率是供电系统中一个极为重要的课题，世界各国都在大力研究高效节能变压器，其主要途径：一是采用低损耗的
冷轧硅钢片来制作铁心，例如容量相同的两台电力变压器，用热轧硅钢片制作铁心的SJl—1000／10变压器铁损耗约为4440W。
用冷轧硅钢片制作铁心的
S7—1000／10变压器铁损耗仅为1700W。
后者比前者每小时可减少2.7kW·h的损耗，仅此一项每年可节电23 652kW·h。
由此可见，为什么我国要强制推行使用低损耗变压器。
二是减小铜损耗，如果能用超导材料来制作变压器绕组，则可使其电阻为零，铜损耗也就不存在了。
世界上许多国家正在致力于该项研究，目前已有330kV单相超导变压器问世，其体积比普通变压器要小70％左右，损耗可降低50％。
4．效率特性
变压器在不同的负载电流I
2时，输出功率P
2
及铜损耗P
Cu
都在变化，因此变压器
的效率η也随负载电流I
2
的变化而变化，其变化规律通常用变压器的效率特性曲线来表示，如图2—18所示，图中称为负载系数。
通过数学分析可知：当变压器的不变损耗等于可变损耗时，变压器的效率最高，通常变压器的最高效率位于β=0.5∽0.6之间。
图2－18 变压器效率曲线。