第七讲 变压器的运行特性

第七章 变压器

第五节 变压器运行特性

2.4.1 外特性和电压变化率 （1）外特性

变压器带上负载后，由于变压器存在漏阻抗，负载电流通过漏阻抗会造成漏阻抗压降，使副边电压2U 随负载的变化而变化，这种变化规律，可用外特性来描述。外特性是指原边加额定电压，负载功率因数2cos ϕ一定时，副边电压2U 随负载电流变化的关系，即

)(22I f U =，如图2.11所示。变压器在纯电

阻和感性负载时，副边电压2U 随负载增加而降低，容性负载时，副边电压2U 随负载增加而可能升高。

（2）电压变化率

电压变化率来表示副边电压的变化程度，它反映了变压器供电电压的稳定性，是变压器运行性能的重要数据之一。电压变化率是指当原边接额定电压，副边空载电压与给定负载下副边实际电压的算术差除以副边额定电压。即

%10022

20⨯-=

∆N

U U U U (2.28)

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

)sin cos (2*

2*ϕϕβk k x r U +=∆ (2.29)

式中 *

222I I I N

==

β称为负载系数，直接反映负载的大小，如0=β，表示空载；1=β，表示满载，2cos ϕ为负载功率因数。

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，2ϕ为正值，U ∆为正值，说明副边电压比空载电压

U 2

滞后）

1= U 图2.11 变压器的外特性

低；当负载为容性时，2ϕ为负值，2sin ϕ为负值，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。

常用的电力变压器，当1=β，8.0cos 2=ϕ（滞后）时，U ∆为5%～8%。为了保证变压器的副边波动在%5±范围内，以免给用户造成不良影响，通常采用改变高压绕组匝数的办法来调节副边电压，称为分接头调压。高压绕组的抽头常有%5±和%5.22⨯±两种。分接开关分成两类，一种是要在断电状态才能操作的分接开关，称为无励磁分接开关；另一种是在变压器带电时也能操作的分接开关，称为有载分接开关。相应的变压器也就分为无励磁调压变压器和有载调压变压器两种。

2.4.2 变压器的损耗和效率 （1）变压器的损耗

变压器负载运行时原边从电网吸收有功功率1P ，其中很小部分功率消耗在原绕组的电阻上（1211r mI p Cu =）和铁心损耗上（m Fe r mI p 20=）。其余部分通过电磁感应传给副边，副边绕组获得的电磁功率中有很小部分消耗在副边绕组的电阻上（2222r mI p Cu =），其余的传输给负载，即输出功率2222cos ϕI mU P =。所以，变压器的损耗包括铁耗Fe p 和铜耗Cu p 两大类。铁耗Fe p 不随负载大小变化，也称为不变损耗，铜耗Cu p 随负载大小变化，也称为可变损耗。

（2）变压器的效率 变压器的效率定义为

%100%10022

12⨯++=⨯=

Fe

Cu p p P P P P η （2.30） 变压器的效率可用直接负载法通过测量输出功率2P 和输入功率1P 来确定。但工程上常用间接法来计算变压器的效率，即通过空载试验和短路试验，测出变压器的空载损耗0p 和短路损耗kN p ，就可以方便的计算出任意负载下的效率。

式(2.30)中0p p Fe =，由于铜耗与负载电流的平方成正比，所以实际铜耗

kN kN N Cu

p p I I p 22

22

β=⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛=，22222222cos cos cos ϕβϕβϕN N N S I mU I mU P =≈=，可得 %100cos cos %100202212

⨯++=⨯=

kN

N N p p S S P P βϕβϕβη (2.31)

变压器效率的大小与负载大小、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2cos ϕ一定时，效率特性)(βηf =如图2.12所示。最大效率出现在

0=β

η

d d 的地方，此时的负载系数为kN

m P P 0

=β，即当铁耗（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

耗应设计得小些，一般取6.05

.0～m =β，对应的Cu p 与Fe p 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。

习 题

2.1 试比较变压器主磁通和漏磁通的性质、大小和作用。

2.2 变压器激磁电抗大好，还是小好，为什么？ 2.3 变压器空载运行时，是否要从电网中取得功率，起什么作用？为什么小负荷的用户使用大容量的变压器无论对电网还是对用户都不利？

2.4 电源电压降低对变压器铁心饱和程度、激磁电流、激磁阻抗、铁耗和铜耗等有何影响？

2.5 画出变压器的“T ”形、近似和简化等效电路。

2.6 为什么变压器的空载损耗可以近似看成铁耗，而短路损耗可以近似看成铜耗？ 2.7 变压器的效率与哪些因素有关？何时效率最高？ 2.8 变压器短路电压对运行性能有何影响？

2.9 变压器电压一定，当负载（阻感性）电流增大，原边电流如何变化，副边电压如何变化？当副边电压偏低时，降压变压器如何调节分接头，升压变压器又如何调节？

2.10 一台三相电力变压器型号为SL －750/10，Y,yn 接线，750=N S kVA ，

400/10000/21=N N U U V 。在低压侧做空载试验，测得数据为4000=U V ，600=I A ，38000=p W 。在高压侧做短路试验，测得数据为440=k U V ，3.43=k I A ，10900=k p W 。室

温20℃。求：

（1）以高压侧为原边的“T ”形等效电路参数的实际值和标么值； （2）短路电压百分值及其电阻分量和电抗分量的百分值。

2.11 一台三相电力变压器，已知024.0*=k r ，0504.0*

=k

x 。试计算额定负载时下列情况变压器的电压变化率U ∆：（1）8.0cos 2=ϕ（滞后）；（2）0.1cos 2=ϕ（纯电阻负载）；（3）

η

ηm 图2.12 变压器的效率曲线