變壓器章特性

1、變壓器章特性第1頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二第9章 變壓器特性9.1 基本特性9.2 運行特性第2頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二9.1 變壓器的基本特性9.1.1 空載特性9.1.2 短路特性第3頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二9.1.1 變壓器的空載特性1 空載特性定義2 空載試驗接線3 空載特性曲線4 空載特性本質(zhì)5 空載試驗用途第4頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二1 空載特性定義副邊空載（即電流I2=0）時，原邊的電流和輸入功率與外加電壓U1之間的關(guān)系I0=f(U1)和P0=f(U1)稱

2、為空載特性。 U1的變化范圍是【0， 1.15 U1N 】。第5頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二2 空載試驗接線原則：被測阻抗、鄰接儀表阻抗盡量拉開距離第6頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二2 續(xù)1：為什么空載試驗在低壓側(cè)加電源？答：電源電壓U1的變化范圍是【0，1.15 U1N 】，即電源電壓要加到超過額定電壓。高壓側(cè)額定電壓高，不安全，也不便于選擇儀表。從電流角度看：勵磁阻抗較大，導致空載電流較小。一般只占額定電流的百分之十左右。所以，空載試驗選在低壓側(cè)加電源。第7頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二3 空載特性曲線：用調(diào)壓

3、器調(diào)節(jié)外加電壓U1，使U1從零逐步升到1.15 U1N為止 第8頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二4 空載特性本質(zhì)空載特性曲線I0=f(U1)實質(zhì)上是磁化曲線。當電壓較低時，磁通較小，I0U1是線性關(guān)系；當電壓較高時，磁路逐漸飽和，I0增加較U1快。因此勵磁阻抗Zm并非常值，而是隨飽和程度的增高而減小。變壓器總是在額定電壓附近運行，因此，一般只要求額定電壓時的Zm值。第9頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二5 空載特性用途：求勵磁阻抗Zm原邊漏阻抗比勵磁阻抗小得多，可忽略不計。勵磁阻抗為： 原邊電阻較勵磁電阻小得多，可忽略不計。勵磁電阻為：于是，勵磁電

4、抗為：第10頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二5 續(xù)1：勵磁阻抗的歸算由于空載試驗在低壓側(cè)進行，故測得的數(shù)據(jù)為歸算到低壓側(cè)的值。如果低壓側(cè)為副方，則需把計算結(jié)果歸算到高壓側(cè)，各參數(shù)應乘以電壓比的平方，即k2。如果低壓側(cè)為原方，則計算結(jié)果無須歸算。第11頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二9.1.2 變壓器的短路特性1 短路特性定義2 短路試驗接線3 短路特性曲線4 空載特性本質(zhì)5 短路試驗用途第12頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二1 短路特性定義副邊短路時，原邊的電流和輸入功率與外加電壓之間的關(guān)系Ik=f(U1)和Pk=f(U1

5、)稱為短路特性。 Ik的變化范圍：【0， 1.2 I1N 】。U1的變化范圍：從簡化電路可知，是【0， 1.2 I1N * Zk】。變壓器的短路阻抗很小，額定負載時的短路壓降一般只有額定電壓的百分之十左右。因此，短路試驗所加電壓不高。第13頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二2 短路試驗接線原則：被測阻抗、鄰接儀表阻抗盡量拉開距離第14頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二2 續(xù)1：為什么短路試驗在高壓側(cè)加電壓？答：短路試驗所測電流最大值為額定電流I1N的1.2倍。降壓變原邊（高壓側(cè)）的額定值：壓高流??；升壓變副邊（高壓側(cè)）的額定值：壓高流小。所以，從電流

6、角度看，短路試驗應在高壓側(cè)加電壓進行。如果選擇在低壓側(cè)做短路試驗，則由于低壓側(cè)額定電流大，選擇儀表不便。定義短路特性時已說明：短路試驗時所加電壓不高。只是短路壓降的1.2倍。所以，無論從電流還是從電流角度，短路特性都應在高壓側(cè)加電壓。第15頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二3 短路特性曲線：用調(diào)壓器調(diào)節(jié)外加電壓U1，使U1從零逐步升到使Ik達到1.2 I1N為止 第16頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二4 短路特性本質(zhì)短路特性曲線實質(zhì)上反映的是短路阻抗的特性。第17頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二5 短路特性用途：求短路阻抗Z

7、k短路時所加電壓只有額定電壓的百分之十左右，故主磁通較小，勵磁電流很小，可采用簡化等效電路計算。短路阻抗為： 短路電阻為： 短路電抗為：第18頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二5 續(xù)1：短路電阻的分離上式中Rk是已折算到原邊的短路電阻；R1和R2是待分離的原、副邊繞組的電阻，是交流電阻；r1和r2是原、副邊繞組的直流電阻，可用電橋測量。 解上述聯(lián)立方程，即可分離短路電阻。第19頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二5 續(xù)2：短路電抗的分離短路電抗無法用實驗方法分離。只好近似按上式處理。第20頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二5 續(xù)3

8、：短路阻抗的歸算由于短路試驗在高壓側(cè)進行，故測得的數(shù)據(jù)為歸算到高壓側(cè)的值。如果高壓側(cè)為副方，則需把計算結(jié)果歸算到原方-低壓側(cè)-因為短路特性是在原方定義的。歸算方法：各參數(shù)應乘以電壓比的平方，即k2。第21頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二5 續(xù)4：短路電阻的溫度換算75是標準溫度。 是實驗溫度。第22頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二5 續(xù)5：短路電壓的概念短路電壓-通以額定電流時，短路阻抗上的電壓，也叫阻抗電壓。它是變壓器的一個很重要的性能指標。從正常角度，希望它小些-降低電壓調(diào)整率；從故障角度，希望它大些-限制短路電流。上式表明：短路電壓=短路阻

9、抗的標幺值。第23頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二9.2 變壓器的運行特性9.2.1 外特性9.2.2 效率特性第24頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二9.2.1 外特性1 外特性定義2 外特性表達式的推導3 外特性圖形4 外特性的指標-電壓調(diào)整率第25頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二1 外特性定義定義-在電源電壓額定、負載功因恒定的條件下，副邊電壓隨電流變化的規(guī)律稱為外特性，記為U2f(I2)。若用標幺值表示，則為：U1*1，cos2=常值時，U2*f(I2*)。第26頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期

10、二2 外特性表達式的推導Step 1 畫簡化電路圖-副邊電壓、電流之正向與以前不同。第27頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二Step 2 采用標幺值第28頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二Step 3 畫標幺值形式的簡化電路圖。第29頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二Step 4 畫簡化相量圖（感性負載）注意：1）副邊壓、流正向已變。 2）所有量（變量、參數(shù)）都已采用標幺值。第30頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二Step 5 用幾何關(guān)系求解第31頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二St

11、ep 5 續(xù)1：略去二次項，得到外特性表達式可見，外特性是一條直線，其斜率為（Rk*cos2+Xk*sin2）,它可能為正，可能為負，亦可能為零。圖形見下。-推導完畢。第32頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二3 外特性圖形第33頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二4 外特性的指標-電壓調(diào)整率定義：電壓調(diào)整率，也叫電壓變化率 -原邊加額定電壓時，副邊從空載到額定負載電壓變化與副邊額定電壓的比率。常用百分比表示。記為u。據(jù)定義，并據(jù)前面推導的外特性表達式U2* = f(I*)，有：第34頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二4 續(xù)1：電壓

12、調(diào)整率的三個決定因素電壓調(diào)整率表達式：三個決定因素：1）負載程度 ，= I* 。2）負載性質(zhì)2。3）變壓器的內(nèi)部阻抗：短路電阻Rk*、短路電抗Xk*。當負載為感性時，2正，u正， ULU20。當負載為阻性時，2正，u正， ULU20。第35頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二4 續(xù)2：五種典型負載下的電壓變化率1）當負載為感性時，2正，u正， ULU20 。2）當負載為阻性時，2正，u正， ULU20 。4）當負載為容性，且容到一定程度時，2足夠負，u變負，ULU20 。5）當負載為容性，且容到剛好使Rk*cos2+Xk*sin2 = 0 時，2負，u = 0，ULU20

13、。第36頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二4 續(xù)3：電壓調(diào)整率的圖形2第37頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二4 續(xù)4：什么叫額定電壓調(diào)整率？-額定負載時的電壓調(diào)整率。額定負載時I*=1。額定電壓調(diào)整率是變壓器的主要性能指標之一。通常uN約為5%左右。所以，一般電力變壓器的高壓繞組均有5%的抽頭，以便進行電壓調(diào)節(jié)。 第38頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二9.2.2 效率特性1 變壓器效率之定義2 效率的伴侶-損耗3 變壓器效率特性之定義4 變壓器效率特性表達式的推導5 效率特性圖形6 最大效率7 額定效率8 例題9-2第39頁

14、，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二1 變壓器效率之定義定義-變壓器輸出功率P2與輸入功率P1之比。第40頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二2 效率之伴侶-損耗變壓器損耗分類按物理標準分-銅耗、鐵耗：原副邊繞組均有電阻，該電阻上的損耗pcu1=I12R1、pcu2=I22R2即為銅耗。因為繞組一般由銅線制成，故有此謂。變壓器鐵芯處于交變磁場中，會產(chǎn)生磁滯損耗、渦流損耗，此二者合成鐵芯損耗，簡稱鐵耗。按數(shù)學標準分-可變損耗、不變損耗：銅耗隨電流大小而變，是可變損耗；鐵耗隨電壓大小而變，而變壓器工作時電壓基本不變，故稱鐵耗為不變損耗。第41頁，共53頁，20

15、22年，5月20日，5點12分，星期二3 變壓器效率特性之定義定義-變壓器效率特性是指原邊加額定電壓、副邊功因不變時，變壓器效率隨負載電流變化的規(guī)律，即f(I2)。 第42頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二4 效率特性表達式的推導Step 1 基于定義得到初始表達式，如右：Step 2 假設：副邊電流變化時，副邊電壓不變，即忽略副邊電壓變化對效率特性的影響。再考慮輸出、損耗與副邊電流的關(guān)系，得最終表達式，如右：第43頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二5 效率特性的圖形第44頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二6 變壓器的最大效率將

16、效率特性兩邊對I2求導，并令之等于零，得最大效率條件：上式表明：當變壓器取得最大效率時，銅耗 = 鐵耗，即，可變損耗 = 不變損耗?？紤]到：鐵耗基本等于空載損耗，銅耗基本等于短路損耗，并且負載電流采用標幺值，我們有：第45頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二6 最大效率： 續(xù)1考慮到：鐵耗基本等于空載損耗，銅耗基本等于短路損耗，并且負載電流采用標幺值，我們有：右邊pkN代表副邊電流達額定值I2N時的短路損耗。第46頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二6 最大效率： 續(xù)2一般電力變壓器的p0 / pkN = 1/4 1/3，相應的最大效率發(fā)生在I2* = 0.50.6左右。不將變壓器設計成滿載（I2*=1）時達到最大效率，是因為變壓器并非經(jīng)常滿載運行。銅耗隨時變化，鐵耗恒定存在。故常設計成較小鐵耗。這對提高總體效率有利。第47頁，共53頁，2022年，5月20日，5點12分，星期二7 額定效率第48頁，共53頁，2022年，5