III 變壓器的參數(shù)測定和運行特性

1、III III 變壓器的參數(shù)測定和運變壓器的參數(shù)測定和運行特性行特性 2.4 變壓器參數(shù)測定變壓器參數(shù)測定 要用基本方程式、等效電路或相量圖分析和計算變壓器的運要用基本方程式、等效電路或相量圖分析和計算變壓器的運行性能，必須先知道變壓器的行性能，必須先知道變壓器的繞組電阻、繞組電阻、 漏電抗及勵磁阻抗漏電抗及勵磁阻抗等參等參數(shù)。對于一臺已制成的變壓器，數(shù)。對于一臺已制成的變壓器， 只有通過只有通過實驗實驗的方法來求取各個的方法來求取各個參數(shù)，參數(shù)， 即可以通過即可以通過空載試驗和短路試驗空載試驗和短路試驗測量并計算變壓器的參數(shù)。測量并計算變壓器的參數(shù)。 1. 空載試驗空載試驗 變壓器的空載試驗

2、是在變壓器空載運行的情況下進行的，變壓器的空載試驗是在變壓器空載運行的情況下進行的， 其其目的是目的是測定變壓器的電壓比測定變壓器的電壓比 k、空載電流、空載電流 I0 、空載損耗、空載損耗 P0 和勵磁和勵磁參數(shù)參數(shù)Rm、Xm、Zm等。等。 空載試驗的線路如圖所示，空載試驗時，調(diào)壓器空載試驗的線路如圖所示，空載試驗時，調(diào)壓器TC加上工頻加上工頻的正弦交流電源，調(diào)節(jié)調(diào)壓器的輸出電壓使其等于額定電壓的正弦交流電源，調(diào)節(jié)調(diào)壓器的輸出電壓使其等于額定電壓U1N ，然后測量然后測量U1 、I0 、U20 及空載損耗及空載損耗P0 。 由于空載電流由于空載電流 I0 很小，繞組損耗很小，繞組損耗 I02

3、R 很小，所以認為變壓器很小，所以認為變壓器空載時的輸入功率空載時的輸入功率P0 完全用來平衡變壓器的鐵心損耗，即完全用來平衡變壓器的鐵心損耗，即 P0 pFe 。 由等效電路可知，變壓器空載時的總阻抗由等效電路可知，變壓器空載時的總阻抗 01m11mmjjZZZRXRX由于電力變壓器中，一般由于電力變壓器中，一般 Rm R1，XmX1，因此，因此 Z0Zm ，則有，則有 1m00UZZIFe0m2200 pPRII22mmmXZR201UUk 勵磁阻抗勵磁阻抗勵磁電阻勵磁電阻勵磁電抗勵磁電抗電壓比電壓比由于由于勵磁參數(shù)勵磁參數(shù) Rm、Xm和和 Zm 與與鐵心的飽和程度鐵心的飽和程度有關，有關

4、， 當電源電當電源電壓變化時，鐵心的飽和程度不同，這些參數(shù)會發(fā)生變化，且隨鐵壓變化時，鐵心的飽和程度不同，這些參數(shù)會發(fā)生變化，且隨鐵心飽和程度的心飽和程度的增加而減小增加而減小，因此為使測定的參數(shù)符合變壓器的實，因此為使測定的參數(shù)符合變壓器的實際運行情況，際運行情況，應取應取額定電壓額定電壓下的數(shù)據(jù)來計算勵磁參數(shù)下的數(shù)據(jù)來計算勵磁參數(shù)?？蛰d試驗可在高壓側(cè)或低壓側(cè)進行，考慮到空載試驗電壓要加到空載試驗可在高壓側(cè)或低壓側(cè)進行，考慮到空載試驗電壓要加到額定電壓，當高壓側(cè)的額定電壓較高時，額定電壓，當高壓側(cè)的額定電壓較高時，為了便于試驗和安全起為了便于試驗和安全起見，通常在低壓側(cè)進行試驗見，通常在低壓

5、側(cè)進行試驗，而高壓側(cè)開路。，而高壓側(cè)開路?？蛰d試驗在低壓側(cè)進行時，其測得的勵磁參數(shù)是低壓側(cè)的，如果空載試驗在低壓側(cè)進行時，其測得的勵磁參數(shù)是低壓側(cè)的，如果要歸算到高壓側(cè)，因此必須乘以要歸算到高壓側(cè)，因此必須乘以 k2 ，將其折算成高壓側(cè)的勵磁參，將其折算成高壓側(cè)的勵磁參數(shù)。數(shù)?？蛰d特性曲線 開路電流和開路功率必須是額定電壓時的值，并以此求取激磁參數(shù)； 開路試驗的特點：電壓高、電流?。昏F耗大、銅耗??； 若要得到高壓側(cè)參數(shù)，須歸算。mmmmmmXkXRkRZkZ222)(（高壓）（高壓）高壓 2. 短路試驗短路試驗 變壓器的短路試驗是在二次繞組短路的條件下進行的，其目變壓器的短路試驗是在二次繞組短

6、路的條件下進行的，其目的是測定變壓器的的是測定變壓器的短路損耗（銅損耗）短路損耗（銅損耗）Pk、短路電壓短路電壓 Uk 和短路參和短路參數(shù)數(shù) Rk、Xk、Zk 等。等。 由于短路試驗時電流較大（加到額定電流），由于短路試驗時電流較大（加到額定電流）， 而外加電壓卻而外加電壓卻很低，一般電力變壓器為額定電壓的很低，一般電力變壓器為額定電壓的(410)%， 因此為便于測因此為便于測量，一般在高壓側(cè)試驗，低壓側(cè)短路。量，一般在高壓側(cè)試驗，低壓側(cè)短路。 短路試驗的線路如下圖所短路試驗的線路如下圖所示。示。 短路試驗時，短路試驗時， 用調(diào)壓器用調(diào)壓器TC 使一次側(cè)電流從零升到額定電流使一次側(cè)電流從零升到

7、額定電流 I1N，分別測量其短路電壓，分別測量其短路電壓 Uk 、短路電流、短路電流 Ik 和短路損耗和短路損耗Pk ，并記，并記錄試驗時的室溫錄試驗時的室溫（）。）。 由于由于短路試驗時外加電壓很低短路試驗時外加電壓很低，主磁通很小，主磁通很小， 所以所以鐵耗和勵鐵耗和勵磁電流均可忽略不計磁電流均可忽略不計，這時輸入的功率（短路損耗），這時輸入的功率（短路損耗）Pk 可認為完可認為完全消耗在繞組的電阻損耗上，即全消耗在繞組的電阻損耗上，即 Pk pCu 。由簡化等效電路，根。由簡化等效電路，根據(jù)測量結(jié)果，取據(jù)測量結(jié)果，取 Ik I1N 時的數(shù)據(jù)計算室溫下的短路參數(shù)。時的數(shù)據(jù)計算室溫下的短路參

8、數(shù)。kkkk1NUUZIICukk22k1N pPRII22kkkXZR短路阻抗短路阻抗短路電阻短路電阻短路電抗短路電抗短路特性曲線 由于繞組的電阻隨溫度而變，而短路試驗一般在室溫下進行，由于繞組的電阻隨溫度而變，而短路試驗一般在室溫下進行，故測得的電阻值應按國家標準換算到故測得的電阻值應按國家標準換算到基準工作溫度基準工作溫度。對。對A、E、B級的絕緣，其級的絕緣，其參考溫度為參考溫度為75，則換算公式為，則換算公式為對銅線變壓器對銅線變壓器 對鋁線變壓器對鋁線變壓器 這樣，在這樣，在75時的短路阻抗為時的短路阻抗為 kk75 C234.575234.5RRshCsh7522875228RR

9、22kk75 Ck75 CZRX 另外，短路電流等于額定電流時的短路損耗另外，短路電流等于額定電流時的短路損耗 PkN 和短路電壓和短路電壓（阻抗電壓）（阻抗電壓）UkN 也應換算到也應換算到75時的數(shù)值，即時的數(shù)值，即短路實驗時短路實驗時，使電流達到額定值時所加的電壓使電流達到額定值時所加的電壓U1k 稱為稱為阻抗電壓或阻抗電壓或短路電壓短路電壓。常表示為對一次側(cè)額定電壓的相對值的百分數(shù)，即。常表示為對一次側(cè)額定電壓的相對值的百分數(shù)，即21Nk75 Ck75 CPI R1Nk75 Ck75 CUI Z1k1N100%kUuU 一般中小型變壓器一般中小型變壓器uk(410.5)%，大型變壓器的

10、，大型變壓器的uk(12.517.5)%左右，左右，短路電壓短路電壓短路電壓（阻抗電壓）短路電壓（阻抗電壓）uk是變壓器的一個重要參數(shù)，標在變壓器是變壓器的一個重要參數(shù)，標在變壓器的銘牌上，它的大小反映了變壓器在額定負載下運行時，的銘牌上，它的大小反映了變壓器在額定負載下運行時， 漏阻抗漏阻抗壓降的大小，也反應了短路阻抗的大小壓降的大小，也反應了短路阻抗的大小 從運行的角度上看，希望從運行的角度上看，希望uk 值小一些值小一些，使變壓器輸出電壓波動受，使變壓器輸出電壓波動受負載變化的影響小些負載變化的影響小些從限制變壓器短路電流的角度來看，則希望從限制變壓器短路電流的角度來看，則希望uk 值大

11、一些，值大一些，這樣可這樣可以使變壓器在發(fā)生短路故障時的短路電流小一些。以使變壓器在發(fā)生短路故障時的短路電流小一些。 如電爐用變壓如電爐用變壓器，器， 它的它的uk值設計得比一般電力變壓器的值設計得比一般電力變壓器的uk值要大得多。值要大得多。對于三相變壓器而言，變壓器的參數(shù)是指一相的參數(shù)，因此只要對于三相變壓器而言，變壓器的參數(shù)是指一相的參數(shù)，因此只要采用相電壓、相電流、一相的功率（或損耗），即每相的數(shù)值進采用相電壓、相電流、一相的功率（或損耗），即每相的數(shù)值進行計算即可。行計算即可。注：短路實驗是在高壓側(cè)實施的，如果要折算到低壓側(cè)，要除以注：短路實驗是在高壓側(cè)實施的，如果要折算到低壓側(cè)，要

12、除以K2 緩慢增加短路電壓，使短路電流不超過一次側(cè)的額定電流； 短路試驗的特點：電壓低、電流大；鐵耗小、銅耗大； 短路電阻需要進行溫度換算。2.5 標幺值標幺值 在工程計算中，常用標幺值來表示，用物在工程計算中，常用標幺值來表示，用物理量加理量加“*”來表示。來表示。定義：基值的選取：取各物理量的基值的選?。喝「魑锢砹康念~定值額定值。基值實際值標幺值相對值相對值基值一次測二次側(cè)電壓U1bU1NU2bU2N電流I1bI1NI2bI2NNNNNIIIUUUIIIUUU22*222*211*111*1,對于電路，四個基本量對于電路，四個基本量U，I，Z和和S中，有兩個量可以任意中，有兩個量可以任意選

13、定，其它兩個可以導出。選定，其它兩個可以導出。對于變壓器而言，常用對于變壓器而言，常用額定值額定值作為基值。作為基值。NNbNNbIUZIUZ222111二次側(cè)：一次側(cè)：NNbNNbUIZZZZUIZZZZ22222*211111*1NNbNNbUIRZRRUIRZRR22222*211111*1NNbNNbUIXZXXUIXZXX22222*211111*1NbSS2*22*2*22*12*1*12*22*22*21*11*11*1,QPSQPSSQQSPPSSSSQQSPPSSSNNNNNN*00.050.1750.020.09kUI1*2*2*1*1NNNNUIUI各物理量額定值的標么值

14、為各物理量額定值的標么值為1與變壓器容量大小無關與變壓器容量大小無關*22222121212*222/1UUUUUkUUUkUUUUUUbNNNb：例*2222222222221112112212*222/2RZRUIRUIURkUIURUIRkZRRRRbNNNNNNNNNNb：例無需歸算同一物理量，歸算前后標幺值相等無需歸算同一物理量，歸算前后標幺值相等I*20：空載運行 I*21：滿載運行 I*20.5：半載運行 I*20.7：輕載運行 I*21.2：過載運行 l沒有量綱，物理概念模糊；l物理意義完全不同的量，標幺值可能相等。共有4類基值：Ub、Ib、Zb、Sb，其中只有兩類獨立的基值，

15、其它基值可以導出。NNbbbNNbbbbbbIUIUZIUIUZIUZ2222211111，NNNNbbbbbbbIUIUIUIUIUS221122112.6變壓器的運行特性變壓器的運行特性 變壓器的二次側(cè)相當于一個電源。對于電源，我們所關心的變壓器的二次側(cè)相當于一個電源。對于電源，我們所關心的運行性能是它的運行性能是它的輸出電壓輸出電壓與與負載電流負載電流之間的關系，即一般所說的之間的關系，即一般所說的外特性，外特性，以及變壓器運行時的以及變壓器運行時的效率特性效率特性。 一、變壓器的外特性和電壓調(diào)整率一、變壓器的外特性和電壓調(diào)整率 由于變壓器內(nèi)部存在電阻和漏電抗，因此負載運行時，當負由于變

16、壓器內(nèi)部存在電阻和漏電抗，因此負載運行時，當負載電流流過二次側(cè)時，變壓器內(nèi)部將產(chǎn)生阻抗壓降，使二次側(cè)端載電流流過二次側(cè)時，變壓器內(nèi)部將產(chǎn)生阻抗壓降，使二次側(cè)端電壓隨負載電流的變化而變化，這種變化關系可用變壓器的外特電壓隨負載電流的變化而變化，這種變化關系可用變壓器的外特性來描述。性來描述。變壓器的外特性變壓器的外特性是指一次側(cè)的是指一次側(cè)的電源電壓電源電壓和二次側(cè)和二次側(cè)負載負載的功率因數(shù)的功率因數(shù)均為均為常數(shù)時，常數(shù)時，二次側(cè)二次側(cè)端電壓端電壓隨隨負載電流負載電流變化的規(guī)律變化的規(guī)律，即即 U2 = f ( I2 ) 。超前超前滯后滯后變壓器帶負載運行時，二次側(cè)端電壓的變化程度通常用變壓器帶

17、負載運行時，二次側(cè)端電壓的變化程度通常用電電壓調(diào)整壓調(diào)整(變化變化)率率來表示。來表示。二次側(cè)的空載電壓就是額定電壓。二次側(cè)的空載電壓就是額定電壓。所謂所謂電壓電壓調(diào)整調(diào)整率是指：率是指：當一次側(cè)接在額定頻率和額定電壓當一次側(cè)接在額定頻率和額定電壓的電網(wǎng)上，負載功率因數(shù)一定時，的電網(wǎng)上，負載功率因數(shù)一定時，從空載從空載到到負載運行負載運行時二時二次側(cè)端電壓的次側(cè)端電壓的變化量變化量 U 與與額定電壓額定電壓的百分比，用的百分比，用U 表表示，即示，即2022N22N2N2N2021N22N1N100%100%100%()100%100%*UUUUUUUUUk UUUUUk UU電壓調(diào)整率實用公

18、式電壓調(diào)整率實用公式 可用等效電路及相應向量圖算出，等效電可用等效電路及相應向量圖算出，等效電路如下圖示路如下圖示RkXkZLU1-U2I2122kkUIRjXU902kI R,2I2U22kj IX1U寫出相應的電勢方程為寫出相應的電勢方程為 作延長線作延長線AB及垂線及垂線CB U1和和U2的差為的差為a+b2kI R2I2U22kj I X1UABCab22221N222221N1N2N22222N1N22221N1N2N2N2N2N *222*22cos,sin,cos+sin=Icos+sin=IX=cos+sinIIII=Icos+Xsin=Icos+Xsinkkkkkkkkkkk

19、kaI RbI XUUI RI XUUUI RI XURIIUURR所以（）（） 電壓調(diào)整率是變壓器的重要指標，與電壓調(diào)整率是變壓器的重要指標，與3個因素有關個因素有關（1）負載大小，用）負載大小，用I*來反映來反映（2）負載性質(zhì)，用）負載性質(zhì)，用cos 2來表示來表示（3）變壓器本身的漏阻抗，用）變壓器本身的漏阻抗，用R*K和和X*K來表示來表示 當為感性負載時，當為感性負載時， 2為正，為正， U0, 當為容性負載時，當為容性負載時， 2為負，為負， U0:感性感性2U2I20:感性感性2U2I20:容性容性 二、變壓器的效率特性二、變壓器的效率特性 1變壓器的損耗變壓器的損耗 變壓器在能

20、量傳遞的過程中會產(chǎn)生損耗，由于變壓器是靜止變壓器在能量傳遞的過程中會產(chǎn)生損耗，由于變壓器是靜止的電器，因此變壓器的損耗僅有的電器，因此變壓器的損耗僅有銅損耗銅損耗pCu 和和鐵心損耗鐵心損耗 pFe兩大兩大類。類。 （1）銅耗）銅耗 變壓器的繞組都有一定的電阻，當電流流過繞組時變壓器的繞組都有一定的電阻，當電流流過繞組時就要產(chǎn)生繞組損耗，稱之為銅損耗，即銅耗就要產(chǎn)生繞組損耗，稱之為銅損耗，即銅耗 pCu。銅耗的大小取。銅耗的大小取決于負載電流和繞組電阻的大小，決于負載電流和繞組電阻的大小， 因而是因而是隨負載的變化而變化隨負載的變化而變化，故稱之為故稱之為可變損耗可變損耗。 由于短路試驗時外電

21、壓很低，鐵心中磁密很低，因此鐵耗可由于短路試驗時外電壓很低，鐵心中磁密很低，因此鐵耗可以略去不計，所以短路損耗主要是銅耗。這樣在一定負載下，變以略去不計，所以短路損耗主要是銅耗。這樣在一定負載下，變壓器的銅耗壓器的銅耗 pCu 為為2222*2Cu2sh2Nsh2shN2N()IpI RIRIPI （2）鐵耗）鐵耗 由于鐵心中的由于鐵心中的磁通是交變磁通是交變的，所以在鐵心和結(jié)構的，所以在鐵心和結(jié)構件中要產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗，件中要產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗， 統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為 鐵心損耗，鐵心損耗， 即鐵耗即鐵耗 pFe 。當電源電壓。當電源電壓 U1 一定時，鐵耗基本上可認為是恒定的，故一定時，鐵

22、耗基本上可認為是恒定的，故稱之為稱之為不變損耗不變損耗，它與，它與負載電流的大小和性質(zhì)無關負載電流的大小和性質(zhì)無關。 由于變壓器空載時空載電流由于變壓器空載時空載電流 I0 和繞組電阻都較小，因此空載和繞組電阻都較小，因此空載時的繞組損耗很小，可以略去不計，所以空載損耗主要是鐵耗，時的繞組損耗很小，可以略去不計，所以空載損耗主要是鐵耗，即即常值0FePp因此，變壓器的總損耗為因此，變壓器的總損耗為2*CuFe2shN0PppIPP 短路損耗 2變壓器的效率變壓器的效率 變壓器的效率變壓器的效率 是指它的是指它的輸出功率輸出功率 P2 與輸入功率與輸入功率 P1 的比值，的比值，它是變壓器的一個

23、重要指標。它是變壓器的一個重要指標。 變壓器的原邊從電網(wǎng)吸取有功功率變壓器的原邊從電網(wǎng)吸取有功功率P1，其中很小的一部分消，其中很小的一部分消耗于原邊的電阻和鐵心上，它們分別稱為銅耗耗于原邊的電阻和鐵心上，它們分別稱為銅耗pcu1和鐵耗和鐵耗pFe,其它其它部分通過電磁感應傳送給副邊，稱為電磁功率部分通過電磁感應傳送給副邊，稱為電磁功率PM，有，有)(11FecuMppPP副邊獲得的電磁功率減去副邊的銅耗副邊獲得的電磁功率減去副邊的銅耗pcu2，其它的輸出給負載。因，其它的輸出給負載。因此變壓器的輸出功率為：此變壓器的輸出功率為：22cuMpPP%10012PP變壓器的效率為：變壓器的效率為： 由于變壓器的電壓變化率很小，因此，如果不考慮負載時輸由于變壓器的電壓變化率很小，因此，如果不考慮負載時輸出電壓出電壓U2 的變化，即認為的變化，即認為U2U2N ，當采用相值計算時，則有，當采用相值計算時，則有 *22N2222N2N22N2coscoscosPmUII mUII SFecuppPP21因為%100*)1 (%100*%100*22212FecuFecuFecuppPppppPPPP可得到變壓器效率的實用計算公式可得到變壓器效率的實用計算公式22*02shN*2N202shN1