变压器的外特性电压变化率及调压
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
变压器电压调整率和外特性
一、变压器的外特性
当变压器电U源1 电压 和负载c功os率2 因数
等于常数时，二U次2 侧端压
I2 随负载电流
的变
化规律，即U2 = f(I2)曲线称为变压器的外特性曲线
。
•变压器负载运行时，由于变压器内部 存在电阻和漏抗，故负载电流在变压器 内部产生阻抗压降，使二次侧端电压随 负载电流的变化而发生变化。
一、变压器的外特性
变压器二次电压的大小不仅与负载电流的大小有 关，还和负载的功率因数有关。
当纯电阻负载和感性负载时，外特性是下降的； 容性负载时，外特性可能上翘。
二、电压调整率
定义：是指一次侧加50Hz额定电压、二次空载电压与带负 载后在某功率因数下的二次电压之差，与二次额定电压的 比值的百分数，即
二、电压调整率
(3)一般情况下，额定负载下，功率因数为指定时（通常为0.8滞后）
的电压调整率U N 为额定电压调整率U。N 是变压器的主要性能指标
之一。通常U N 5%
左右，所以电力变压器的高压绕组均
为有+5%的抽头，以便进行电压调整。
由表达式可知，电压变化率的大小与负载大小、性质
及变压器的本身参数有关。
co2 s02 1 2 0
sin 2 0 u很小
cos
2和s
in
均为正。
2
u较大
sin 2 0, cos2 0
如 rK*cos2
X
* K
sin 2
u为负
二、电压调整率
说明：
(及1)变电压压器调本整身率的的参大数小（与负载大小（ ）、负）载有性关质。（ 2 ）
ΔU U 20 U 2 U 2 N U 2
U2N
供配电中主要的电气设备7645
1-
p =1-
PFe + PCu
P1
P2 + PFe + PCu
其中，
pFe pCu
= Po = ( I2
I2N
)2 PSN
=
2
PSN
P2 = SN cos2
6.1 变压器的选择
变压器的运行特性 2. 变压器效率特性 (1)效率
P2的计算： 若忽略副绕组电压接负载时的变化，则：
①单相变压器
6.1 变压器的选择
变压器的运行特性
1. 电压变化率和外特性 （3）电压调整
电压调整有两种方式，根据分接开关种类的不 同分为无励磁调压和有载调压。利用无载分接开关 进行调压称为无励磁调压；利用有载分接开关进行 调压称为有载调压。
6.1 变压器的选择
变压器的运行特性
1. 电压变化率和外特性 （3）电压调整
示。
max
0
6.1 变压器的选择
变压器的连接与容量的选择
1. 变压器的联结组别
电力变压器的联接组别，是指变压器一、二次 侧（或一、二、三次侧）对应的线电压之间的不同 相位关系。变压器三相绕组有星型联结（Y，y连 接）、三角形联结（D，d连接）与曲折联结（Z， z连接）等三种联结法。
6.1 变压器的选择
2. 变压器效率特性 (1)效率
变压器的效率是指变压器的输出功率与输入功 率的比值。
= P2 100%
P1
P2 P1 p
式中，P2——副绕组输出的有功功率； P1——原绕组输入的有功功率； p——代表变压器的总损耗。
6.1 变压器的选择
变压器的运行特性
2. 变压器效率特性
(1)效率 效率公式还可以写成：
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。
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。
电机与电气控制技术 第4版 第一章 变压器
三、电力变压器的基本结构
第一章
电力变压器主 要由铁心、绕 组、绝缘套管、 油箱及附件等 部分组成。
2024/6/7
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第一章
四、电力变压器的额定值与主要系列
（一）电力变压器的额定值
1．额定容量 SN
SN单 U N1IN1 U N2IN 2
SN三 3UN1IN1 3UN2IN2
I10 I10P I10Q
2024/6/7
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五、变压器 空载运行时 的相量图
第一章
2024/6/7
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第一章
第三节 单相变压器的负载运行
一、负载运行时的各物理量
2024/6/7
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第一章
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第一章
二、感应电动势与漏磁电动势
（一）感应电动势
E1 j4.44 fN1 m E2 j4.44 fN 2 m
（二）漏磁电动势
E 1
j
N1 2
1m
jI10L1
jI10 X1
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第一章
三、空载运行时的电动势平衡方程式和电压比
末端 X、Y、Z x、y、z
中性点 N n
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（一）三相变压器绕组的联结法
第一章
（二）三相变压器的联结组 三相变压器的联结组标号采用“时钟序数表示法”。
2024/6/7
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（三）高低压绕组相电动势的相位关系 1、同名端与同名端的规定
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：
弧焊变压器外特性及调节特性的测定
BX2-300，BX2-500等各一台；
Uf(V) （1）接线：接线参考图1进行。
调好电源泉电压，切断K1，准备实验。
（调3节）负弧载焊电变阻压R备器f，调使注节其特阻性值测由定大至小（则电流If就由小到大逐渐增加）同时从电流表A2及电压表V2读出一一对应的电流If及电压值Uf；
20V应该注意）下进行。 表2 实验结果记录表
2. 掌握弧焊变压器的两种特性测定方法。 实验方法：首先K1将接通电源泉，K2接至“负载，将Rf调至某一适当大的阻值。
动铁分磁式弧焊变压器BX1-330或BX2-500（BX500） （3）区分初级、次级及电抗绕组； 接线经检查无错误，方可经K1通电源进行实验，由电压表V1观察电源电压变化，实验应在弧焊变压器额定输入电压（380V，有的为 20V应该注意）下进行。 整理观察弧焊变压器的记录及特殊收获； （4）所有实验数据，经检查无误时，方可将实验线路恢复原始状态。 然后借助于调节机构改变I的数值，求出对应的短路电流Id（即K2接通时的电流表A2的读数），将I和Id数值意义对应列入表2。
（2）实验方法： 首先借行下列实验；
① 合上开关K1，接通电源，从电压表V1读出空载电压，然后 将开关换至K2“负载”。
② 调节负载电阻Rf，使其阻值由大至小（则电流If就由小到 大逐渐增加）同时从电流表A2及电压表V2读出一一对应的 电流If及电压值Uf；
③ 合上K2将弧焊变压器短路，从电流表A2读出短路电流值， 记录所有实验数据列于表1中。
三、实验内容和方法
（4）名绕组间I、f(绕A组)与铁心间的绝缘；
（4）所有实验数据，经检查无误时，方可将实验线路恢复原始状态。
Uf(V) 观察几种弧焊变压器的构造
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
第四节单相变压器的运行特性
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PCu 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”。
变压器效率曲线
3．效率
变压器的输出功率P2与输入功率P1之比称为变压器的效率η100% 100% 100% P1 P2 P P2 Pcu＋PFe
由于变压器没有旋转的部件，不像电动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。
（2）变压器的电压变化率
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U2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（I2=I2N）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）U2N之比的百分值就称为 变压器的电压变化率，用ΔU％来表示。
第四节 单相变压器的运行特性
1．掌握变压器的外特性及电压变化率的概念。 2．理解变压器损耗和效率的概念。
一、变压器的外特性及电压变化率 （1）变压器的外特性
变压器的外特性是用来描述输出电压U2随负载电流I2的变化而
变化的情况。当一次绕组电压U1和负载的功率因数cosφ2一定时，二 次绕组电压U2与负载电流I2的关系，称为变压器的外特性。
U 2N U 2 U % 100% U 2N
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
1.2.2变压器的外特性和电压变化率.
学习情境一 电工基础及电动机的认识 1.2 单相变压器
1.2.2 变压器的外特性和电压变化率
《机床电气控制系统运行与维护》 如果变压器的初级的电源电压不变，变压器的负载电流（设为I2
）增大时，次级内部电压降也增大，次级端电压（设为U2）随负载电 流增加而下降，这种特性叫变压器的外特性，可用图1-15表示。
《机床电气控制系统运行与维护》
在一般变压器中，由于其电阻和漏磁感抗很小，电压变化率是不大
的，约为5%左右。电压变化率是变压器的主要性能指标之一，△U越小
，说明变压器输出电压越稳定，变压器带负载的能力就越强。电力变压
器在额定负载时的电△U为4%~6%。通△U也与负载的功
越高，△U就越小，因此，提高供电的功率因数也可以减小电压的
图1-15 变压器的外特性
《机床电气控制系统运行与维护》 通常希望电压U2的变化愈小愈好，从空载到额定负载，次级电
压的变化程度用电压变化率（又称电压调整率）△U表示，即
U U20 U2 100% U 20
式中，U2为变压器次级输出额定电流I2e时的输出电压（V）； U20为空载时额定电压（V）。
波动。
《机床电气控制系统运行与维护》
变压器基本工作原理
第1章 变压器的基本知识和结构变压器的基本原理和分类一、变压器的基本工作原理变压器是利用电磁感应定律把一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能;当原边绕组接到交流电源时,绕组中便有交流电流流过,并在铁心中产生与外加电压频率相同的磁通,这个交变磁通同时交链着原边绕组和副边绕组;原、副绕组的感应分别表示为则 k N N e e u u ==≈212121 变比k ：表示原、副绕组的匝数比,也等于原边一相绕组的感应电势与副边一相绕组的感应电势之比; 改变变压器的变比,就能改变输出电压;但应注意,变压器不能改变电能的频率;二、电力变压器的分类变压器的种类很多,可按其用途、相数、结构、调压方式、冷却方式等不同来进行分类; 按用途分类：升压变压器、降压变压器；按相数分类：单相变压器和三相变压器；按线圈数分类：双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器；按铁心结构分类：心式变压器和壳式变压器；按调压方式分类：无载无励磁调压变压器、有载调压变压器；按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器和干式变压器等；按容量大小分类：小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器;三相油浸式电力变压器的外形,见图1,铁心和绕组是变压器的主要部件,称为器身见图2,器身放在油箱内部;电力变压器的结构一、铁心1.铁心的材料采用高磁导率的铁磁材料—～厚的硅钢片叠成;为了提高磁路的导磁性能,减小铁心中的磁滞、涡流损耗;变压器用的硅钢片其含硅量比较高;硅钢片的两面均涂以绝缘漆,这样可使叠装在一起的硅钢片相互之间绝缘;2.铁心形式铁心是变压器的主磁路,电力变压器的铁心主要采用心式结构;二、绕组1.绕组的材料铜或铝导线包绕绝缘纸以后绕制而成;2.形式圆筒式、螺旋式、连续式、纠结式等结构;为了便于绝缘,低压绕组靠近铁心柱,高压绕组套在低压绕组外面,两个绕组之间留有油道;变压器绕组外形如图所示;三、油箱及其他附件1.油箱变压器油的作用：加强变压器内部绝缘强度和散热作用;要求：用质量好的钢板焊接而成,能承受一定压力,某些部位必须具有防磁化性能;形式：大型变压器油箱均采用了钟罩式结构；小型变压器采用吊器身式;2.储油柜作用：减少油与外界空气的接触面积,减小变压器受潮和氧化的概率;在大型电力变压器的储油柜内还安放一个特殊的空气胶囊,它通过呼吸器与外界相通,空气胶囊阻止了储油柜中变压器油与外界空气接触;;3.呼吸器作用：内装硅胶的干燥器,与油枕连通,为了使潮气不能进入油枕使油劣化;硅胶对空气中水份具有很强的吸附作用,干燥状态状态为兰色,吸潮饱和后变为粉红色;吸潮的硅胶可以再生;4.冷却器作用：加强散热;装配在变压器油箱壁上,对于强迫油循环风冷变压器,电动泵从油箱顶部抽出热油送入散热器管簇中,这些管簇的外表受到来自风扇的冷空气吹拂,使热量散失到空气中去,经过冷却后的油从变压器油箱底部重新回到变压器油箱内;5.绝缘套管作用：使绕组引出线与油箱绝缘;绝缘套管一般是陶瓷的,其结构取决于电压等级;1kV以下采用实心磁套管,10～35kV采用空心充气或充油式套管,110kV及以上采用电容式套管;为了增大外表面放电距离,套管外形做成多级伞形裙边;电压等级越高,级数越多;6.分接开关作用：用改变绕组匝数的方法来调压;一般从变压器的高压绕组引出若干抽头,称为分接头,用以切换分接头的装置叫分接开关;分接开关分为无载调压和有载调压两种,前者必须在变压器停电的情况下切换；后者可以在变压器带负载情况下进行切换;分接开关安装在油箱内,其控制箱在油箱外,有载调压分接开关内的变压器油是完全独立的,它也有配套的油箱、瓦斯继电器、呼吸器;7.压力释放阀作用：为防止变压器内部发生严重故障而产生大量气体,引起变压器发生爆炸;8.气体继电器瓦斯继电器作用：变压器的一种保护装置,安装在油箱与储油柜的连接管道中,当变压器内部发生故障时如绝缘击穿、匝间短路、铁芯事故、油箱漏油使油面下降较多等产生的气体和油流,迫使气体继电器动作;轻者发出信号,以便运行人员及时处理;重者使断路器跳闸,以保护变压器;变压器的名牌数据一、型号型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容; 例如：SL-500/10：表示三相油浸自冷双线圈铝线,额定容量为500kVA,高压侧额定电压为10kV级的电力变压器;二、额定值额定运行情况：制造厂根据国家标准和设计、试验数据规定变压器的正常运行状态;表示额定运行情况下各物理量的数值称为额定值;额定值通常标注在变压器的铭牌上;变压器的额定值主要有：额定容量S N ：铭牌规定在额定使用条件下所输出的视在功率;原边额定电压U 1N ：正常运行时规定加在一次侧的端电压,对于三相变压器,额定电压为线电压; 副边额定电压U 2N ：一次侧加额定电压,二次侧空载时的端电压;原边额定电流I 1N ：变压器额定容量下原边绕组允许长期通过的电流,对于三相变压器,I 1N 为原边额定线电流;副边额定电流I 2N ：变压器额定容量下原边绕组允许长期通过的电流,对于三相变压器,I 2N 为副边额定线电流;单相变压器额定值的关系式： N N N N N I U I U S 2211== 三相变压器额定值的关系式：NN N N N I U I U S 221133==额定频率f N ：我国工频：50Hz ；还有额定效率、温升等额定值; 变压器的空载运行变压器空载运行是指变压器原边绕组接额定电压、额定频率的交流电源,副边绕组开路时的运行状态;变压器空载运行图一、 空载时各物理量产生的因果关系二、电势与磁通的大小和相位关系设主磁通按正弦规律变化,根据电磁感应定律可推导出原绕组感应电势同理可得所以,变压器原、副绕组的感应电势大小与磁通成正比,与各自的匝数成正比,感应电势在相位上滞后磁通90°;三、原边漏电抗和激磁电抗1.原边漏电抗2.激磁电抗四、原副边回路方程和等效电路1.电动势平衡方程变压器空载运行时,各物理量的正方向通常按上图标定,根据基尔霍夫电压定律,原边回路方程为对于电力变压器,空载时原绕组的漏阻抗压降I0Z1很小,其数值不超过U1的%,将I0Z1忽略,则有副边回路方程2.空载时的等效电路Z1＜＜Z m、r m＜＜x m ;空载时电路功率因数都很小,空载电流I0主要是无功性质,由于铁磁材料的磁饱和性,引起空载电流I0的波形是尖顶波;希望空载电流越小越好,因此变压器采用高导磁率的铁磁材料,以增大Z m减少I0 ;变压器空载时既吸收无功功率,也吸收有功功率,无功功率主要用于建立主磁通,有功功率主要用于铁耗;变压器负载运行变压器负载运行是指变压器原边绕组接额定电压、额定频率的交流电源,副边绕组接负载时的运行状态;变压器负载运行图一、负载时电磁关系1.磁动势平衡关系从空载到负载,由于变压器所接的电源电压U1不变,且U1≈E1 ,所以主磁通不变,负载时的磁动势等于与空载时的磁动势相等;即磁动势平衡关系这表明,变压器原、副边电流与其匝数成正比,当负载电流I2增大时,原边电流I1将随着增大,即输出功利增大时,输入功率随之增大;所以变压器是一个能量传递装置,它在变压的同时也在改变电流的大小;2.原、副边回路方程式按上图所规定的正方向,根据基尔霍夫电压定律,可写出原、副边回路方程式二、折算折算的目的：由于原、副边回路只有磁路的耦合,没有电路的直接联系,为了得到变压器的等效电路,需对变压器进行绕组折算;折算：就是把副边绕组匝数看成与原边绕组匝数相等时,对副边回路各参数进行的调整;折算原则是折算前后副边磁动势不变、副边各部分功率不变,以保持变压器内部电磁关系不变;副边各物理量的折算方法：折算后的基本方程式为三、负载时的等效电路形等效电路根据折算后的基本方程式可以构成变压器的T形等效电路2.较准确等效电路由于Z m＞＞Z1,可把“T”形等效电路中的激磁支路移到电源端,便得变压器的较准确等效电路,较准确等效电路的误差很小;3.简化等效电路在电力变压器中,I0＜＜I N ,因此,在工程计算中可忽略I0,即去掉激磁支路,将原、副边的漏阻抗合并,而得到变压器的简化等效电路 ;对于简化等效电路,可写出变压器的方程组简化等效电路所对应的相量图在工程上,简化等效电路及其方程式、相量图给变压器的分析和计算带来很大的便利,得到广泛应用;变压器参数的测定一、空载试验1.变压器的空载试验目的：求出变比k、空载损耗p k和激磁阻抗Z m;2.空载试验的接线通常在低压侧加电压,将高压侧开路3.空载试验的过程电源电压由零逐渐升至,测取其对应的U1、I0、p0;变压器原边加不同的电压,建立的磁通不同,磁路的饱和程度不同,激磁阻抗不同,由于变压器正常运行时原边加额定电压,所以,应取额定电压下的数据来计算激磁阻抗;由变压器空载时等效电路可知,因Z1＜＜Z m、r1＜＜r m,所以式中 p0—空载损耗,可作为额定电压时的铁耗;若要得到以高压侧为原边的激磁参数,可将所测得的激磁参数乘以k2,k等于变压器高压侧一相的电压除以低压侧一相的电压;对于三相变压器,试验中测定的数据是线电压、线电流和三相总功率,只要换算成一相的数据,就可直接代入上式计算;二、短路试验1.短路试验的目的：可测出短路阻抗Z k和变压器的铜耗p k;2.短路试验的接线:通常在高压侧加电压,将低压侧短路3.短路试验的过程电源电压由零逐渐升高,使短路电流由零逐渐升高至,测取其对应的U k、I k、p k;注意：由于变压器短路阻抗很小,如果在额定电压下短路,则短路电流可达～20I1N,将损坏变压器,所以做短路试验时,外施电压必须很低,通常为～U1N,以限制短路电流;取额定电流点计算,因所加电压低,铁心中的磁通很小,铁耗和励磁电流可以忽略,使用简化等效电路进行分析p kN：短路损耗,指短路电流为额定电流时变压器的损耗,p kN可作为额定电流时的铜耗;一般认为：r1=r2′=；x1=x2′=将室温下测得的短路电阻换算到标准工作温度75℃时的值,而漏电抗与温度无关;短路试验在任何一方做均可,高压侧参数是低压侧的k2倍,k等于变压器高压侧一相的电压除以低压侧一相的电压;对于三相变压器,试验中测定的数据是线电压、线电流和三相总功率,只要换算成一相的数据,就可直接按单相变压器计算;三、短路电压短路电压：在短路试验中,当短路电流为额定电流时,原边所加的电压与额定电压之比的百分值,即短路电压是变压器一个很重要的参数,其大小反映了变压器在额定负载时漏阻抗压降的大小;从运行角度来看,希望U k小一些,使变压器输出电压随负载变化波动小一些;但U k太小,变压器由于某种原因短路时短路电流太大,可能损坏变压器;一般中、小型电力变压器的U k=4%～%,大型电力变压器的U k=%～%;四、标么值标么值：实际值与该物理量某一选定的同单位的基值之比通常取各物理量对应的额定值作为基值;取一、二次侧额定电压U1N、U2N作为一、二次侧电压的基值；取一、二次侧额定电流I1N、I2N作为一、二次侧电流的基值；一、二次侧阻抗的基值分别为U1N/I1N、U2N/I2N;在各物理量原来的符号上加上一上标“”来表示该物理量的标么值;例如,U1=U1/U1N;一、外特性和电压变化率1.外特性外特性：指原边加额定电压,负载功率因数一定时,副边电压U2随负载电流变化的关系,即U2=fI2;变压器在纯电阻和感性负载时,副边电压U2随负载增加而降低,容性负载时,副边电压随负载增加而可能升高;2.电压变化率用变压器的简化相量图可推导出电压变化率的参数表达式电压变化率的大小与负载的大小成正比;在一定的负载系数下,短路阻抗的标么值越大,电压变化率也越大;当负载为感性时,△U为正值,说明副边电压比空载电压低；当负载为容性时△U有可能为负值;当△U为负值时,说明副边电压比空载电压高; 为了保证变压器的副边波动在±5%范围内,通常采用改变高压绕组匝数的办法来调节副边电压;二、变压器的损耗和效率1.变压器的损耗变压器的损耗包括铁耗和铜耗两大类;铁耗不随负载大小变化,也称为不变损耗；铜耗随负载大小变化,也称为可变损耗;2.变压器的效率通过变压器的空载试验和短路试验,测出变压器的空载损耗和短路损耗,就可以方便的计算出任意负载下的效率;变压器效率大小与负载大小、性质及空载损耗和短路损耗有关;对已制成的变压器,效率与负载大小、性质有关;当负载功率因数一定时,效率特性的效率曲线;当铁耗不变损耗等于铜耗可变损耗时效率最大;由于变压器总是在额定电压下运行,但不可能长期满负载;为了提高运行的经济性,设计时,铁损应设计得小些,一般取βm=～,对应的铜耗与铁耗之比为3～4;变压器额定时的效率比较高,一般在95～98%之间,大型可达99%以上;。
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％。
电工基础——变压器知识点汇总复习
变压器第一节变压器的构造一、变压器的用途和种类变压器是利用互感原理工作的电磁装置，它的符号如图11-1所示，T是它的文字符号。
1．变压器的用途：变压器除可变换电压外，还可变换电流、变换阻抗、改变相位。
2．变压器的种类：按照使用的场合，变压器有电力变压器、整流变压器、调压变压器输入、输出变压器等。
二、变压器的基本构造变压器主要由铁心和线圈两部分构成。
铁心是变压器的磁路通道，是用磁导率较高且相互绝缘的硅钢片制成，以便减少涡流和磁滞损耗。
按其构造形式可分为心式和壳式两种，如图11-2(a)、(b)所示。
线圈是变压器的电路部分，是用漆色线、沙包线或丝包线绕成。
其中和电源相连的线圈叫原线圈(初级绕组)，和负载相连的线圈叫副线圈(次级绕组)。
第二节变压器的工作原理一、变压器的工作原理变压器是按电磁感应原理工作的，原线圈接在交流电源上，在铁心中产生交变磁通，从而在原、副线圈产生感应电动势，如图11-3所示。
1．变换交流电压原线圈接上交流电压，铁心中产生的交变磁通同时通过原、副线圈，原、副线圈中交变的磁通可视为相同。
设原线圈匝数为N1，副线圈匝数为N2，磁通为 ，感应电动势为图11-1 变压器的符号图11-2 心式和壳式变压器tN E t N E ∆∆=∆∆=ΦΦ2211 ， 由此得2121N N E E =忽略线圈内阻得K N N U U ==2121 上式中K 称为变压比。
由此可见：变压器原副线圈的端电压之比等于匝数比。
如果N 1 < N 2，K < 1，电压上升，称为升压变压器。
如果N 1 > N 2，K >1，电压下降，称为降压变压器。
2．变换交流电流根据能量守恒定律，变压器输出功率与从电网中获得功率相等，即P 1 = P 2，由交流电功率的公式可得U 1I 1 cos ϕ1= U 2I 2 cos ϕ2式中cos ϕ1——原线圈电路的功率因数；cos ϕ2——副线圈电路的功率因数。
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
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
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分接开关有两种形式：一种只能在断电情况下进行调节，称 为无载分接开关-----这种调压方式称为无励磁调压；另一种可 以在带负荷的情况下进行调节，称为有载分接开关-----这种调 压方式称为有载调压。
第三章
变压器
3.6.3 损耗、效率及效率特性
一、变压器的损耗 变压器的损耗主要包括铁损耗和铜损耗两种。 铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗。基本铁损耗包括磁 滞损耗和涡流损耗。附加损耗包括由铁心叠片间绝缘损伤引起的 局部涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。 铁损耗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。 铜损耗分基本铜损耗和附加铜损耗。基本铜损耗是在电流 在一、二次绕组直流电阻上的损耗；附加损耗包括因集肤效应 引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。 铜损耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。
第三章
变压器
3.6 变压器的运行特性
3.6.1 变压器的外特性与电压变化率
一、变压器的外特性
1.负载实验现象：负载电流的大小和性质变化，导致二次端电 压变化，什么原因引起的呢？ 2.原因：由于变压器内部存在电阻和漏抗，负载运行时，负载 电流流过变压器内部产生阻抗压降，使二次端电压随负载电流 的变化而变化。 3.外特性定义：
当 U1 U1N Const, cos2 C,U 2 f ( I 2 ) 的关系曲线。
第三章
变压器
二、电压变化率 定义：是指一次侧加50Hz额定电压、二次空载电压与带负载后 在某功率因数下的二次电压之差，与二次额定电压的比值，即 U 20 U 2 U 2 N U 2 ΔU U2 N U2 N 电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之一,它大小 反映了供电电压的稳定性。 用相量图可以推导出电压变化率的表达式：
第三章
变压器
3.6.2 电压调整
为了保证二次端电压在允许范围之内,通常在变压器的高 压侧设置抽头器的二次电压。
中、小型电力变压器一般有三个分接头，记作UN ±5%。大型电力变压器采用五个或多个分接头,例UN ±2×2.5%或UN ±8×1.5%。
式中 β I 2 称为负载系数 I2N
* ΔU β(R* cos X s 2 s sin2 )
由表达式可知，电压变化率的大小与负载大小、性质及 变压器的本身参数有关。
第三章
变压器
当变压器带阻性负载 ( 2 0 )和 阻 感 性 负 载 ( 2 0 )时 , U为 正 值, 这 时 二 次 端 电 压 比 空 时 载 低; 带 阻 容 性 负 载 ( 2 0 )时 , U可 * 能 为 正, 也 可 能 为 负 值 .当 X * sin R ,说 明 二 s 2 s cos 2时U为 负 值 次电压比空载时高 .
* U2
cos(2 ) 0.8 cos2 1
cos 2 0.8
* I2 ( )
1.0
当 电 源 电 压 和 负 载 功因 率数 一 定 时, 二 次 端 电 压 随 负 载 电 变 流化 的 规 律,即U 2 f ( I 2 ), 称 为 变 压 器 的 外 特 性.
0
1.0