变压器的运行特性课件

2.5 变压器的运行特性变压器的运行特性从变压器的副方看，它相当一个电源，向负载输出电磁从变压器的副方看，它相当一个电源，向负载输出电磁功率，所以它的运行特性主要有两个功率，所以它的运行特性主要有两个注：注：变压器的变压器的电压变化率电压变化率和和效率效率体现了这两个特性体现了这两个特性外特性外特性指原方外施电压和副方负载功率因数不变时，副指原方外施电压和副方负载功率因数不变时，副方端电压随负载电流变化的规律，即方端电压随负载电流变化的规律，即 U U2 2=f(I=f(I2 2)效率特性效率特性指原方外施电压和副方负载功率因数不变时，指原方外施电压和副方负载功率因数不变时，变压器的效率随负载电流变化的规律，即变压器的效率随负载电流变化的规律，即=f(I=f(I2 2)2.5 变压器的运行特性从变压器的副方看，它相当一个电源，1 12.5.1 电压变化率电压变化率定义定义电压变化率电压变化率原方接在额定电压、额定频率的电网上，副原方接在额定电压、额定频率的电网上，副方的方的空载电压空载电压与与给定负载下副方电压给定负载下副方电压的算术差，用副方额定的算术差，用副方额定电压的百分数来表示的数值，即电压的百分数来表示的数值，即R 2jx 2RmU U1 1U U 2 2I I1 1R1jx1I I 2 2I I0 0jxmE E1 1E E 2 2ZL2.5.1 电压变化率定义电压变化率原方接在额定电压、2 2-U-U2 2*U U1N 1N*I I1 1*j jx xk k*I I1 1*R Rk k*I1*=I I2 2*2BADCFE22U%U%的简化计算公式的简化计算公式用变压器的简化等效电路用变压器的简化等效电路得简化相量图得简化相量图其中其中U U1N1N*=1=1，I I1 1*=I=I2 2*=（称为变压器的负载系数称为变压器的负载系数），），电阻压将电阻压将 I I1 1*R Rk k*=R=Rk k*，电，电抗压将抗压将 I I1 1*x xk k*=x=xk k*由简化相量图得由简化相量图得得得-U2*U1N*I1*jxk*I1*Rk*I1*=I2*3 3由公式由公式讨讨 论论电压变化率和负载的关系电压变化率和负载的关系电压变化率与负载的大小成正比。且与变压器的漏阻抗电压变化率与负载的大小成正比。且与变压器的漏阻抗有关。有关。电压变化率还与负载的性质有关电压变化率还与负载的性质有关在在感性负载感性负载下，电流滞后于电压，下，电流滞后于电压，2 20 0，UU为正值，说明为正值，说明带负载后副方电压比空载电压低。带负载后副方电压比空载电压低。在在容性负载容性负载下，电流超前于电压，下，电流超前于电压，2 20 0，sinsin2为负值，为负值，UU可能为负值，说明带负载后副方电压可能比空载电压高。可能为负值，说明带负载后副方电压可能比空载电压高。由公式讨 论电压变化率和负载的关系电压变化率与负载的大小成4 4例题例题 一台三相电力变压器，已知一台三相电力变压器，已知R Rk k*0.0240.024，x xk k*0.05040.0504。试计算额定负载时下列情况变压器的电压变化率试计算额定负载时下列情况变压器的电压变化率UU：（1 1）coscos2 20.80.8（滞后）（滞后）（2 2）coscos2 21.01.0（纯电阻负载）（纯电阻负载）（3 3）coscos2 20.80.8（超前）（超前）分析：分析：额定负载时，额定负载时，1 1；在已知；在已知 R Rk k*，x xk k*和和coscos2 2时时,可以通过公式可以通过公式进行直接计算进行直接计算例题 一台三相电力变压器，已知Rk*0.024，xk*5 5解解:（1 1）1，coscos2 20.80.8（滞后）时，（滞后）时，sinsin20.6（2 2）1，coscos2 21.01.0时，时，sinsin20（3 3）1，coscos2 20.8(0.8(超前超前)时，时，sinsin2=-0.6解:（1）1，cos20.8（滞后）时，sin6 6变压器的外特性变压器的外特性当当U U1 1=U=U1N1N，cos cos2 2常数，常数，U U2 2随随I I2 2变化的规律变化的规律U U2 2=f(I=f(I2 2)称称变压器的变压器的外特性外特性132I2NI2U2NU2曲线曲线1 1coscos2 21.01.0，带纯电阻性负载，带纯电阻性负载曲线曲线2 2coscos2 20.80.8（滞后），带电感性负载（滞后），带电感性负载曲线曲线3 3coscos2 20.80.8（超前），带电容性负载（超前），带电容性负载变压器的外特性当U1=U1N，cos2常数，U2随I7 72.5.2 变压器的损耗和效率变压器的损耗和效率效率效率变压器输出功率和输入功率的比值变压器输出功率和输入功率的比值效率效率 100输入功率输入功率 P P1 1输出功率输出功率 P2 2变压器能量的传递变压器能量的传递U U1 1U U2 2E E1 1I I1 1R R1 1R R2 2jxjx11jxjx22E E2 2-I-I2 2M*输入功率输入功率电磁功率电磁功率输出功率输出功率p pCu1Cu1p pCu2Cu2p pFeFe2.5.2 变压器的损耗和效率效率变压器输出功率和输入8 8输入功率输入功率:P1=mU1I1cos1原边铜耗原边铜耗:pCu1=mI12R1铁耗铁耗:pFe=mI02Rm电磁功率电磁功率:PM=mE2I2cos2副边铜耗副边铜耗:pCu2=mI22R2输出功率输出功率:P2=mU2I2cos2P PCu2Cu2P PFeFeP PCu1Cu1P P1 1P PM MP P2 2注注:1 1、变压器的、变压器的 p pCu1Cu1+p+pCu2Cu2=p=pCuCu 合称铜耗合称铜耗 2 2、变压器的铁耗包括基本铁耗和附加铁耗、变压器的铁耗包括基本铁耗和附加铁耗总损耗总损耗:p=pCu+pFe=(pCu1+pCu2)+pFe输入功率:P1=mU1I1cos1原边铜耗:pCu1=mI9 9变压器的效率变压器的效率效率效率 100输入功率输入功率 P P1 1输出功率输出功率 P2 2定义：定义：效率测定效率测定直接法直接法直接测量直接测量P1和和P2来确定效率。来确定效率。变压器的效率很高（小型变压器额定效率一般大于变压器的效率很高（小型变压器额定效率一般大于95，大，大型大于型大于99），同时受测量条件和精度的影响很难得到精确），同时受测量条件和精度的影响很难得到精确的结果的结果效率测定效率测定间接法间接法通过空载实验和短路实验，测出额定通过空载实验和短路实验，测出额定电压时的空载损耗电压时的空载损耗p p0 0和额定电流时的短路损耗和额定电流时的短路损耗p pkNkN，通过计，通过计算得出效率算得出效率（1-）100 p pFeFe+p+pCuCu p p2 2+p+pFeFe+p+pCuCu 变压器的效率效率 100输入功率 1010间接法测定变压器的效率间接法测定变压器的效率通常作以下假设：通常作以下假设：1 1）忽略变压器空载运行时的铜耗，用额定电压下的空载损耗）忽略变压器空载运行时的铜耗，用额定电压下的空载损耗p p0 0来代替铁耗来代替铁耗p pFeFe(即即p p0 0=p=pFeFe常数常数)铁耗也称不变损耗铁耗也称不变损耗2 2）忽略短路试验时的铁耗，用额定电流时短路损耗）忽略短路试验时的铁耗，用额定电流时短路损耗p pkNkN来代替来代替额定电流时的铜耗额定电流时的铜耗p pCuCu。因铜耗因铜耗p pCuCu与负载系数与负载系数的平方成正的平方成正比，故有比，故有p pCuCu2 2p pkNkN铜耗也称可变损耗铜耗也称可变损耗3 3）不考虑变压器副边电压的变化，即认为）不考虑变压器副边电压的变化，即认为U U2 2=U=U2N2N不变。不变。注：注：间接法测定变压器的效率通常作以下假设：1）忽略变压器空载运行1111故效率公式可写为故效率公式可写为在负载的功率因在负载的功率因数数cos2一定时，一定时，效率随负载系数效率随负载系数变曲线称变曲线称效效率曲线率曲线0max 0.20.40.60.81.01.21.00.80.60.40.2故效率公式可写为在负载的功率因数cos2一定时，效率随负载1212注：注：1、最大效率出现时有、最大效率出现时有 即不变损耗的铁耗和即不变损耗的铁耗和可变损耗的铜耗相等可变损耗的铜耗相等讨讨 论论变压器效率最高点，出现在什么地方？变压器效率最高点，出现在什么地方？在公式在公式中，取导数中，取导数对对的导数，并令的导数，并令可计算出最高效率可计算出最高效率max时的负载系数时的负载系数m对应对应2、为了提高变压器的效率，通常设计成、为了提高变压器的效率，通常设计成m0.50.6铁耗相对较小铁耗相对较小注：1、最大效率出现时有 1313例题例题 一台三相电力变压器，一台三相电力变压器，S SN N=100kva=100kva，p p0 0600W600W，p pkNkN=2400W=2400W。试计算。试计算(1)(1)在在 cos cos2 20.80.8（滞后）条件下，额定负载时的效率；（滞后）条件下，额定负载时的效率；(2)(2)在在cos20.8（滞后）条件下，（滞后）条件下，最高效率时的负载系数和最高效率时的负载系数和最高效率。最高效率。分析：分析：额定负载时，额定负载时，1 1；并在已知；并在已知 coscos2 2，可以通过公，可以通过公式式进行直接计算进行直接计算例题 一台三相电力变压器，SN=100kva，p06001414解解:（1 1）1，coscos2 20.80.8（滞后）（滞后）（2 2）最大效率时的）最大效率时的m m解:（1）1，cos20.8（滞后）（2）最大效1515