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。电力变压器的调压方式有两种：一种是无载调压，即在切断负载（或停电）后，用无励磁分接开关改变高压绕组分接头调压；另一种是有载分接开关调压，后者调压速度快，调压范围可达到额定电压的20%。中小型电力变压器一般三个

分接头，记作U N±2×2.5%或U N ±8×1.25%等。

2、效率

1）变压器的功率

变压器的额定容量是由额定电压和额定电流的乘积即视在功率表示的S=UI，所以变压器的整体尺寸决定视在功率，其中，额定电压决定于变压器铁芯磁通的多少，因而决定铁芯的截面。

变压器的输出功率P2=U2I2cosφ2是与φ2有关的，所以在同样的容许发热情况下，输出功率的大小取决于负载的性质（cosφ2），负载功率因数cosφ2愈高，输出功率愈大，如

向cosφ2=0的负载供电，变压器虽能在额定状态下运行，但是输出的功率则为零。由此可见，不能用输出功率决定变压器的尺寸。

2）变压器的损耗

输出功率与输出功率之差就是变压器内部的功率损耗，有铁损耗P Fe和铜损耗P CU.

铁损耗P Fe

A.原、副绕组直流电阻上的损耗。

B.变压器铜损耗的大小与负载电流的平方成正比，即与负载大小有关，所以把铜损耗称为可变损耗。

变压器总损耗

负载系数为β=I20/I2

3）变压器的效率

变压器输出有功功率P2与输入有功功率P1的百分比称为变压器效率，用η表示η=P2/P1×100%

∵ P1=P2+P Fe+P cu

∴η=P2/P1=P2÷(P2+P Fe+P cu)

变压器是静止电器，没有机械损耗，所以效率很高，一般为百分之九十几，大容量变压器可达97%左右。

变压器运行中效率是经常变化的，所以通常把一年内输出的总能量A2与同期内输入的总能量A之比，称为年平均效率

η=A2 /A1X100%

对于已制成的变压器，效率与负载大小及功率因数有关。

4）效率特性

当负载功率因数COSφ2为某一定值时，变压器效率η与负载系数β的关系η= ƒ（β），如图所示，称为效率特性。

由于效率特性曲线可见，变压器接上负载后随着负载的增加，效率η由零很快升至最大值，然后又略有降低。这是因为铁耗是固定损耗，负载较小时，铁耗时效率的影响很显著，效率随着负载增加而很快提高。由于铜损耗与电流平方成正比，负载加大后，铜耗增加很快，从而使效率随负载增加而降低。

5）最大效率ηm及产生条件

可变损耗（P cu）与固定损耗（P Fe）相等时，变压器效率达最大值ηmax

该条件是 P Fe=β2m P CUN 或P0=β2m P KN

式中P CUN——额定负载时的铜耗

P KN——负载损耗

变压器以最高效率ηmax运行时的负载系数βm为

通常βm =0.5 ~ 0.6

二、三相变压器的磁路系统

三相变压器的磁路系统按其铁芯结构可分为组式磁路和心式磁路。

1、三相变压器组磁路特点

每相磁路独立，互不关联。当一次侧加三相对称电源时，各相主磁通和空载电流也是对称的。

最大特点：

2、三相心式变压器磁路特点：

三相心式变压器磁路由三个单相铁芯演变而成的，由于通过中心铁芯柱的是三相对称磁通， =0，因此，可将中间的铁芯柱省去，为了制造方便，通常把三个铁芯柱排列在同一个平面内，这就是三相心式变压器。

特点：

一、绕组的端头标志及极性

1、绕向与极性辨别

为了正确使用变压器，分别用字母标志高、低压绕组出线的首尾端，其规定如下：

2、绕向、极性与感应电动势的关系

1）绕向相同、标号相同。高、低压绕组的感应电动势同相位。

2）标号相同，绕向相反。高低压绕组的感应电动势反相，差180°。

3）绕向相同，标号相反。高低压绕组的感应电动势也反相。

4）绕向相反，标号相反。高压、低压绕组感应电动势同相位。

二、三相变压器的连接组别

变压器的联接组别是表示变压器高、低绕组按一定连接方式配合时，高、低压绕组电压的相位关系。

变压器联接组别标号

为了说明高、低压绕组电压的相位关系，采用时钟表示法。

1、y，y n联接

1）y,y n0

绕组接线图

相量图

时钟图

2）y,y6

绕组接线图

相量图

时钟图

3）y,y4

绕组接线图

相量图

时钟图

2、y,d联接

1)y,d11

绕组接线图