III变压器的参数测定和运行特性

1、,III 变压器的参数测定和运行特性,2,2.4 变压器参数测定,要用基本方程式、等效电路或相量图分析和计算变压器的运行性能，必须先知道变压器的绕组电阻、 漏电抗及励磁阻抗等参数。对于一台已制成的变压器， 只有通过实验的方法来求取各个参数， 即可以通过空载试验和短路试验测量并计算变压器的参数。 1. 空载试验 变压器的空载试验是在变压器空载运行的情况下进行的， 其目的是测定变压器的电压比 k、空载电流 I0 、空载损耗 P0 和励磁参数Rm、Xm、Zm等。 空载试验的线路如图所示，空载试验时，调压器TC加上工频的正弦交流电源，调节调压器的输出电压使其等于额定电压U1N ，然后测量U1 、I0

2、、U20 及空载损耗P0 。,3,由于空载电流 I0 很小，绕组损耗 I02R 很小，所以认为变压器空载时的输入功率P0 完全用来平衡变压器的铁心损耗，即 P0 pFe 。 由等效电路可知，变压器空载时的总阻抗,4,由于电力变压器中，一般 Rm R1，XmX1，因此 Z0Zm ，则有,励磁阻抗,励磁电阻,励磁电抗,电压比,5,由于励磁参数 Rm、Xm和 Zm 与铁心的饱和程度有关， 当电源电压变化时，铁心的饱和程度不同，这些参数会发生变化，且随铁心饱和程度的增加而减小，因此为使测定的参数符合变压器的实际运行情况，应取额定电压下的数据来计算励磁参数。 空载试验可在高压侧或低压侧进行，考虑到空载试

3、验电压要加到额定电压，当高压侧的额定电压较高时，为了便于试验和安全起见，通常在低压侧进行试验，而高压侧开路。 空载试验在低压侧进行时，其测得的励磁参数是低压侧的，如果要归算到高压侧，因此必须乘以 k2 ，将其折算成高压侧的励磁参数。,6,空载特性曲线,7,开路试验注意事项,开路电流和开路功率必须是额定电压时的值，并以此求取激磁参数； 开路试验的特点：电压高、电流小；铁耗大、铜耗小； 若要得到高压侧参数，须归算。,8,2. 短路试验 变压器的短路试验是在二次绕组短路的条件下进行的，其目的是测定变压器的短路损耗（铜损耗）Pk、短路电压 Uk 和短路参数 Rk、Xk、Zk 等。 由于短路试验时电流较

4、大（加到额定电流）， 而外加电压却很低，一般电力变压器为额定电压的(410)%， 因此为便于测量，一般在高压侧试验，低压侧短路。 短路试验的线路如下图所示。,9,短路试验时， 用调压器TC 使一次侧电流从零升到额定电流 I1N，分别测量其短路电压 Uk 、短路电流 Ik 和短路损耗Pk ，并记录试验时的室温（）。 由于短路试验时外加电压很低，主磁通很小， 所以铁耗和励磁电流均可忽略不计，这时输入的功率（短路损耗）Pk 可认为完全消耗在绕组的电阻损耗上，即 Pk pCu 。由简化等效电路，根据测量结果，取 Ik I1N 时的数据计算室温下的短路参数。,短路阻抗,短路电阻,短路电抗,10,短路特性

5、曲线,11,由于绕组的电阻随温度而变，而短路试验一般在室温下进行，故测得的电阻值应按国家标准换算到基准工作温度。对A、E、B级的绝缘，其参考温度为75，则换算公式为,对铜线变压器,对铝线变压器,这样，在75时的短路阻抗为,12,另外，短路电流等于额定电流时的短路损耗 PkN 和短路电压（阻抗电压）UkN 也应换算到75时的数值，即,短路实验时，使电流达到额定值时所加的电压U1k 称为阻抗电压或短路电压。常表示为对一次侧额定电压的相对值的百分数，即,一般中小型变压器uk(410.5)%，大型变压器的uk(12.517.5)%左右，短路电压,13,短路电压（阻抗电压）uk是变压器的一个重要参数，标

6、在变压器的铭牌上，它的大小反映了变压器在额定负载下运行时， 漏阻抗压降的大小，也反应了短路阻抗的大小 从运行的角度上看，希望uk 值小一些，使变压器输出电压波动受负载变化的影响小些 从限制变压器短路电流的角度来看，则希望uk 值大一些，这样可以使变压器在发生短路故障时的短路电流小一些。 如电炉用变压器， 它的uk值设计得比一般电力变压器的uk值要大得多。 对于三相变压器而言，变压器的参数是指一相的参数，因此只要采用相电压、相电流、一相的功率（或损耗），即每相的数值进行计算即可。,注：短路实验是在高压侧实施的，如果要折算到低压侧，要除以K2,14,短路试验注意事项,缓慢增加短路电压，使短路电流不

7、超过一次侧的额定电流； 短路试验的特点：电压低、电流大；铁耗小、铜耗大； 短路电阻需要进行温度换算。,15,16,17,18,2.5 标幺值,在工程计算中，常用标幺值来表示，用物理量加“*”来表示。,定义：,基值的选取：取各物理量的额定值。,相对值,19,基值的选取,对于电路，四个基本量U，I，Z和S中，有两个量可以任意选定，其它两个可以导出。 对于变压器而言，常用额定值作为基值。,20,阻抗的基值,21,功率的基值,22,标幺值的优点,各物理量额定值的标么值为1,与变压器容量大小无关,便于分析与比较,23,标幺值的优点,无需归算同一物理量，归算前后标幺值相等,24,标幺值的优点,I*20：空

8、载运行 I*21：满载运行 I*20.5：半载运行 I*20.7：轻载运行 I*21.2：过载运行,直观明了，运行状态一目了然,25,标幺值的缺点,没有量纲，物理概念模糊； 物理意义完全不同的量，标幺值可能相等。,26,基值之间的关系,共有4类基值：Ub、Ib、Zb、Sb，其中 只有两类独立的基值，其它基值可以导出。,27,2.6变压器的运行特性 变压器的二次侧相当于一个电源。对于电源，我们所关心的运行性能是它的输出电压与负载电流之间的关系，即一般所说的外特性，以及变压器运行时的效率特性。 一、变压器的外特性和电压调整率 由于变压器内部存在电阻和漏电抗，因此负载运行时，当负载电流流过二次侧时，

9、变压器内部将产生阻抗压降，使二次侧端电压随负载电流的变化而变化，这种变化关系可用变压器的外特性来描述。变压器的外特性是指一次侧的电源电压和二次侧负载的功率因数均为常数时，二次侧端电压随负载电流变化的规律，即 U2 = f ( I2 ) 。,28,29,变压器带负载运行时，二次侧端电压的变化程度通常用电压调整(变化)率来表示。 二次侧的空载电压就是额定电压。 所谓电压调整率是指：当一次侧接在额定频率和额定电压的电网上，负载功率因数一定时，从空载到负载运行时二次侧端电压的变化量 U 与额定电压的百分比，用U 表示，即,30,电压调整率实用公式,可用等效电路及相应向量图算出，等效电路如下图示,写出相

10、应的电势方程为,31,作延长线AB及垂线CB U1和U2的差为a+b,32,电压调整率是变压器的重要指标，与3个因素有关 （1）负载大小，用I*来反映 （2）负载性质，用cos2来表示 （3）变压器本身的漏阻抗，用R*K和X*K来表示 当为感性负载时， 2为正，U0, 当为容性负载时， 2为负，U=0,33,根所上式可以画出变压器的外特性，电压调整率 U 表征了变压器二次侧供电电压的稳定性，一定程度上反映了电能的质量。 一般电力变压器中，当 cos2 接近时，额定负载时的电压变化率约为(23)%，而当 cos20.8（感性）时， 表明曲线是下降的,超前,滞后,而容性负载时 说明是上翘的。,34

11、,二、变压器的效率特性 1变压器的损耗 变压器在能量传递的过程中会产生损耗，由于变压器是静止的电器，因此变压器的损耗仅有铜损耗pCu 和铁心损耗 pFe两大类。 （1）铜耗 变压器的绕组都有一定的电阻，当电流流过绕组时就要产生绕组损耗，称之为铜损耗，即铜耗 pCu。铜耗的大小取决于负载电流和绕组电阻的大小， 因而是随负载的变化而变化，故称之为可变损耗。 由于短路试验时外电压很低，铁心中磁密很低，因此铁耗可以略去不计，所以短路损耗主要是铜耗。这样在一定负载下，变压器的铜耗 pCu 为,35,（2）铁耗 由于铁心中的磁通是交变的，所以在铁心和结构件中要产生磁滞损耗和涡流损耗， 统称为 铁心损耗，

12、即铁耗 pFe 。当电源电压 U1 一定时，铁耗基本上可认为是恒定的，故称之为不变损耗，它与负载电流的大小和性质无关。 由于变压器空载时空载电流 I0 和绕组电阻都较小，因此空载时的绕组损耗很小，可以略去不计，所以空载损耗主要是铁耗，即,因此，变压器的总损耗为,短路损耗,36,2变压器的效率 变压器的效率 是指它的输出功率 P2 与输入功率 P1 的比值，它是变压器的一个重要指标。 变压器的原边从电网吸取有功功率P1，其中很小的一部分消耗于原边的电阻和铁心上，它们分别称为铜耗pcu1和铁耗pFe,其它部分通过电磁感应传送给副边，称为电磁功率PM，有,副边获得的电磁功率减去副边的铜耗pcu2，其

13、它的输出给负载。因 此变压器的输出功率为：,变压器的效率为：,37,由于变压器的电压变化率很小，因此，如果不考虑负载时输出电压U2 的变化，即认为U2U2N ，当采用相值计算时，则有,因为,38,可得到变压器效率的实用计算公式,注：对已经制成的变压器，空载损耗和短路损耗是一定的。,39,3效率特性 当变压器工作在负载功率因数 cos2 常值 的条件下，其效率 与负载系数 之间的关系，即 = f ( ) 曲线， 称为变压器的效率特性。从图中可以看出，变压器空载时，输出功率为0，此时效率也为0，而当负载较小时，空载损耗占输入功率的比值增大，所以效率较低，随着负载增加，输出功率增大，效率上升，而当超过某一