變壓器章特性

變壓器章特性第1頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一第9章變壓器特性9.1基本特性9.2運(yùn)行特性第2頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一9.1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，2023年，2月20日，星期一9.1.1變壓器的空載特性1空載特性定義2空載試驗(yàn)接線3空載特性曲線4空載特性本質(zhì)5空載試驗(yàn)用途第4頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一1空載特性定義副邊空載（即電流I2=0）時(shí)，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)稱為空載特性。U1的變化范圍是【0，1.15U1N】。第5頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一2空載試驗(yàn)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，2023年，2月20日，星期一2續(xù)1：為什么空載試驗(yàn)在低壓側(cè)加電源？答：電源電壓U1的變化范圍是【0，1.15U1N】，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(lì)磁阻抗較大，導(dǎo)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(yàn)選在低壓側(cè)加電源。第7頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一3空載特性曲線：用調(diào)壓器調(diào)節(jié)外加電壓U1，使U1從零逐步升到1.15U1N為止

第8頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一4空載特性本質(zhì)空載特性曲線I0=f(U1)實(shí)質(zhì)上是磁化曲線。當(dāng)電壓較低時(shí)，磁通較小，I0~U1是線性關(guān)系；當(dāng)電壓較高時(shí)，磁路逐漸飽和，I0增加較U1快。因此勵(lì)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(yùn)行，因此，一般只要求額定電壓時(shí)的Zm值。第9頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一5空載特性用途：

求勵(lì)磁阻抗Zm原邊漏阻抗比勵(lì)磁阻抗小得多，可忽略不計(jì)。勵(lì)磁阻抗為：

原邊電阻較勵(lì)磁電阻小得多，可忽略不計(jì)。勵(lì)磁電阻為：于是，勵(lì)磁電抗為：第10頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一5續(xù)1：勵(lì)磁阻抗的歸算由于空載試驗(yàn)在低壓側(cè)進(jìn)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(jì)算結(jié)果歸算到高壓側(cè)，各參數(shù)應(yīng)乘以電壓比的平方，即k2。如果低壓側(cè)為原方，則計(jì)算結(jié)果無須歸算。第11頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一9.1.2變壓器的短路特性1短路特性定義2短路試驗(yàn)接線3短路特性曲線4空載特性本質(zhì)5短路試驗(yàn)用途第12頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一1短路特性定義副邊短路時(shí)，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)稱為短路特性。Ik的變化范圍：【0，1.2I1N】。U1的變化范圍：從簡化電路可知，是【0，1.2I1N*Zk】。變壓器的短路阻抗很小，額定負(fù)載時(shí)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(yàn)所加電壓不高。第13頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一2短路試驗(yàn)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，2023年，2月20日，星期一2續(xù)1：為什么短路試驗(yàn)在高壓側(cè)加電壓？答：短路試驗(yàn)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?。簧龎鹤兏边叄ǜ邏簜?cè)）的額定值：壓高流小。所以，從電流角度看，短路試驗(yàn)應(yīng)在高壓側(cè)加電壓進(jìn)行。如果選擇在低壓側(cè)做短路試驗(yàn)，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(shí)已說明：短路試驗(yàn)時(shí)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(yīng)在高壓側(cè)加電壓。第15頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一3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(dá)到1.2I1N為止

第16頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一4短路特性本質(zhì)短路特性曲線實(shí)質(zhì)上反映的是短路阻抗的特性。第17頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一5短路特性用途：求短路阻抗Zk短路時(shí)所加電壓只有額定電壓的百分之十左右，故主磁通較小，勵(lì)磁電流很小，可采用簡化等效電路計(jì)算。短路阻抗為：

短路電阻為：

短路電抗為：第18頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一5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，2023年，2月20日，星期一5續(xù)2：短路電抗的分離短路電抗無法用實(shí)驗(yàn)方法分離。只好近似按上式處理。第20頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一5續(xù)3：短路阻抗的歸算由于短路試驗(yàn)在高壓側(cè)進(jìn)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(jì)算結(jié)果歸算到原方-----低壓側(cè)-----因?yàn)槎搪诽匦允窃谠蕉x的。歸算方法：各參數(shù)應(yīng)乘以電壓比的平方，即k2。第21頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一5續(xù)4：短路電阻的溫度換算75°是標(biāo)準(zhǔn)溫度。

θ是實(shí)驗(yàn)溫度。第22頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一5續(xù)5：短路電壓的概念短路電壓-----通以額定電流時(shí)，短路阻抗上的電壓，也叫阻抗電壓。它是變壓器的一個(gè)很重要的性能指標(biāo)。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=短路阻抗的標(biāo)幺值。第23頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一9.2變壓器的運(yùn)行特性9.2.1外特性9.2.2效率特性第24頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一9.2.1外特性1外特性定義2外特性表達(dá)式的推導(dǎo)3外特性圖形4外特性的指標(biāo)-----電壓調(diào)整率第25頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一1外特性定義定義-----在電源電壓額定、負(fù)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U2＝f(I2)。若用標(biāo)幺值表示，則為：U1*＝1，cosφ2=常值時(shí)，U2*＝f(I2*)。第26頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一2外特性表達(dá)式的推導(dǎo)Step1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，2023年，2月20日，星期一Step2采用標(biāo)幺值第28頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一Step3畫標(biāo)幺值形式的簡化電路圖。第29頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一Step4畫簡化相量圖（感性負(fù)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(biāo)幺值。第30頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一Step5用幾何關(guān)系求解第31頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一Step5續(xù)1：略去二次項(xiàng)，得到外特性表達(dá)式可見，外特性是一條直線，其斜率為（Rk*cosφ2+Xk*sinφ2）,它可能為正，可能為負(fù)，亦可能為零。圖形見下。----------推導(dǎo)完畢。第32頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一3外特性圖形第33頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一4外特性的指標(biāo)-----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(shí)，副邊從空載到額定負(fù)載電壓變化與副邊額定電壓的比率。常用百分比表示。記為Δu。據(jù)定義，并據(jù)前面推導(dǎo)的外特性表達(dá)式U2*=f(I*)，有：第34頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一4續(xù)1：電壓調(diào)整率的三個(gè)決定因素

電壓調(diào)整率表達(dá)式：三個(gè)決定因素：1）負(fù)載程度β

，β=I*。2）負(fù)載性質(zhì)φ2。3）變壓器的內(nèi)部阻抗：短路電阻Rk*、短路電抗Xk*。當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)，φ2正，Δu正，UL<U20。當(dāng)負(fù)載為容性時(shí)，φ2負(fù)，Δu可能負(fù)，UL可能>U20。當(dāng)負(fù)載為阻性時(shí)，φ2正，Δu正，UL<U20。第35頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一4續(xù)2：五種典型負(fù)載下的電壓變化率1）當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)，φ2正，Δu正，UL<U20。2）當(dāng)負(fù)載為阻性時(shí)，φ2正，Δu正，UL<U20。3）當(dāng)負(fù)載為容性時(shí)，φ2負(fù)，Δu可能負(fù)，UL可能>U20。4）當(dāng)負(fù)載為容性，且容到一定程度時(shí)，φ2足夠負(fù)，Δu變負(fù)，UL>U20。5）當(dāng)負(fù)載為容性，且容到剛好使Rk*cosφ2+Xk*sinφ2=0時(shí)，φ2負(fù)，Δu=0，UL≡U20。第36頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一4續(xù)3：電壓調(diào)整率的圖形φ2第37頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一4續(xù)4：什么叫額定電壓調(diào)整率？

------額定負(fù)載時(shí)的電壓調(diào)整率。

額定負(fù)載時(shí)I*=1。額定電壓調(diào)整率是變壓器的主要性能指標(biāo)之一。通常ΔuN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(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。第38頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一9.2.2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(dá)式的推導(dǎo)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，共53頁，2023年，2月20日，星期一1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，2023年，2月20日，星期一2效率之伴侶-----損耗變壓器損耗分類按物理標(biāo)準(zhǔn)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?yàn)槔@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(huì)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(xué)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)電壓基本不變，故稱鐵耗為不變損耗。第41頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一3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(shí)，變壓器效率隨負(fù)載電流變化的規(guī)律，即η＝f(I2)。第42頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一4效率特性表達(dá)式的推導(dǎo)Step1基于定義得到初始表達(dá)式，如右：Step2假設(shè)：副邊電流變化時(shí)，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(dá)式，如右：第43頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一5效率特性的圖形第44頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一6變壓器的最大效率將效率特性兩邊對I2求導(dǎo)，并令之等于零，得最大效率條件：上式表明：當(dāng)變壓器取得最大效率時(shí)，銅耗=鐵耗，即，可變損耗=不變損耗。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(fù)載電流采用標(biāo)幺值，我們有：第45頁，共53頁，20