3.变压器的运行特性

改变 K，即可改变z K = U1 / U2 = I2 / I 1
变压器的三变用途
I1 I2
变电流作用

N2 N1

1 k
变电压作用
U1 N1 k U2 N2
变阻抗作用
Z1 Z2
k
2
或
Z1 k Z 2
2
变压器的额定值 额定容量 S N 在铭牌规定的额定状态下变压器输出 视在功率的保证值 ，单位为kV或kVA。 三相变压器指三相容量之和。 额定电压 U N 铭牌规定的各个绕组在空载、指定分 接开关位置下的端电压，单位为V或kV。 三相变压器指线电压。 额定电流 I N 根据额定容量和额定电压算出的电流 称为额定电流，单位为A。 三相变压器指线电流。
试 验 电压/V 电流/A 空载试验 231/10 000 103.8 短路试验 440 43.3
求Z0、R0、X0 和 ZS 、RS、XS。
功率/W 3 800 10 900
备注 电压加在低压侧 电压加在高压侧
解： (1) 由空载试验求得 U1 231 = Z0 = I0 103.8 P0 3 800 = R0 = 2 I0 103.8 2
N2 I1 I2 N1
式中负号表明相位相反。其大小关系为：
由此有：
N2 I1 I2 N1
N1 I2 K N2 I1
阻抗变换
I1 I2
I1 Z2
U1
U2
U1
Z1
实现阻抗变换。 Z 1= U1 / I1 = K U2 / ( I2 / K) = K2 U2 / I2
Z 1 =K2 Z 2
U S U1
低压侧
PFe远小于正常运行的损耗 而且电流为额定电流， 其铜损＝满载情况
PK PCu
2.短路电压 U K
调节输入电压Us，使一次侧电 流为额定电流时电压表的读数 就为Uk ＋ US － 高压侧
A
W
V
3.短路阻抗 Z K
UK ZK I1N
低压侧
1 折算至低压侧的参数= k2 ×折算至高压侧的参数
W
目的：
1.额定铜耗 PCuN 2.短路电压 U K 3.短路阻抗 Z K
US － 高压侧
V
低压侧
注意：1.高压侧通电，低压侧短路 2.电流表接在电压表外面
1.额定铜耗 PCuN
P0 PFe (铁损) P （铜损） Cu
＋ US － 高压侧
A
PK
W
PFe
2 m
PCu I
2
V
短路运行
－ 低压侧
高压侧
注意：1.高压侧开路，低压侧通电 2.电压表接在电流表外面
1.变比 K
U1 K U2
＋
U1 V － 低压侧
W A
2.空载电流 I 0 3.空载损耗 P0
V
? 变压器的损耗是什么
PFe
2 m
高压侧
P0 PFe (铁损) P （铜损） Cu
U1不变时
可变损耗
不变
PFe不变
一、磁动势平衡方程 电流流过线圈产生磁场，其磁场大小由线圈的匝数N和电流电 流I决定，线圈匝数N和电流I的乘积NI叫磁动势。
F1 F2 F0 N1 I1 N2 I2 N1 I0 N I2 2 用电流形式表示 I1 I0 ( ) I 2 I 0 ( ) I0 I1L N1 k
0
1.0
3.损耗、效率及效率特性
变压器的损耗主要是铁耗和铜耗两种。 铁耗包括基本铁损耗和附加铁损耗。基本铁损耗为磁滞损耗 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。 注意：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。 注意：铜损耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。
= 2.23Ω
= 0.35 Ω
X0
2 = 2.2 Ω Z0 R0
2
(2) 由短路试验求得 ZS =
RS =
US = 440 / 43.3 IS PS 10 900 = I S2 43.32
= 5.87 Ω = 1.94 Ω
XS =√ZS 2－RS2
= 5.54 Ω
或
0 ,它用来 表明 : 变压器的负载电流包括两个分量 : 一个是励磁电流 I 1L ,它起平衡二次磁动势的作用 。 产生主磁通;另一个是负载分量I
电磁关系将一、二次联系起来,二次电流增加或减少必然引 起一次电流的增加或减少.
在额定负载时，励磁电流I0 只占I1的百分之几，所以I0 可以忽略不计。公式可以近似为：
短路试验的意义P25
（1）测出 PCuN PK 供变压器计算铜耗用。 （2）测出
＋ US
A
W
UK
和
ZK
V
它反映一次侧绕组在额定电 流时的内部压降及内部阻抗， 可以用来分析变压器的运行 性能。
－ 高压侧
低压侧
【例】 一台单相变压器， SN = 750 kV· A，
U1N / U2N = 10 000/231 V，I1N / I2N = 43.3 / 1 874 A。绕组为铜 线，试验数据如下表：
单相变压器：
I1 N
三相变压器：
SN , U1N
SN , 3U1N
I2N
SN U2N
SN 3U 2 N
I1 N
I2N
变压器的运行特性
1.电压变化率 定义：是指一次侧加额定电压、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
U2N U2 U 100% U2N
它表征了变压器二次侧电压随负载变化的程度。 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。 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。
ΔU是变压器的重要性能指标。它与3个因素有
关:(1)负载大小，用负载系数β来反映(2)负载 性质，用cosφ2来表示(3)变压器本身的漏阻抗， Rk*和Xk*来表示。 当为感性负载时，φ2为正ΔU>0。 当为容性负载时，φ2为负ΔU通常为负/0/(个别 情况为正)。 一般情况下，照明电源电压波动不超过正负5%， 动力电源电压波动不超过-5%~10%。
A
P0
V
高压侧
4.励磁阻抗 Z m
＋ I0
＋ U1 V
W
A
R0
X0
V
U1
－
－ 低压侧
励磁电阻
高压侧
2 X 0 Z 02 R0
U1 Zm I0
P0 R0 2 I0
励磁电抗
若要将Zm 、R0和X0折算至高压侧来自百度文库则 折算至高压侧的参数=k2 ×折算至低压侧的参数
二、短路试验
＋
A
输入为额 定电流
效率及效率特性 效率是指变压器的输出有功功率与输入有功功率的比 值。 P2 = 100% P1
效率大小反映变压器运行的经济性能的好坏，是表征变压 器运行性能的重要指标之一。
p 1= 1P1
PFe + PCu P2 + PFe + PCu
注意：变压器效率的大小与负载的大小、功率因数及变 压器本身参数有关。

效率特性：在功率因数一定时，变 压器的效率与负载电流之间的关系 η=f(β),称为变压器的效率特性。
max
0

结论：当铜耗等于铁耗时,变压器效率最大。
变压器的参数测定
＋
W
A
一.空载试验
目的： 1.变比 K 2.空载电流 I 0 3.空载损耗 P0 4.励磁阻抗 Z m
输入为额 定电压
U1 V
V
PCu I 2
3.空载损耗 P0
P0 PFe (铁损) P （铜损） Cu
P0
＋
U1 V － 低压侧
W A
PFe
2 m
PCu I
2
空载运行 I 0 I1, I 2 0
PFe PCu P0 PFe
V
高压侧
3.测试空载损耗的意义P23
通过空载损耗的测试，可 以检查铁心材料、装配工艺 ＋ W 的质量和绕组的匝数是否正 确、有否匝间短路。如果空 U1 V 载损耗和空载电流过大，则 说明铁心质量差，气隙太大。 如果K太大或太小，说明绕组 － 的绝缘或匝数由问题。还可 低压侧 以通过示波器观察开路侧电 压或空载电流的波形，如果 不是正弦波，失真过大，则 铁心过于饱和。
2.变压器的外特性
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. 由图可知： * U2 cos(2 ) 0.8 （1）负载的性质一定 时，二次侧端电压的变 1.0 cos2 1 化仅取决于负载的性质。 cos 2 0.8 （2）负载电流的大小 一定，二次侧端电压的 变化仅取决于负载的性 * I2 ( ) 质。