变压器的工作原理损耗铭牌和实验

项目二：变压器的工作原理、损耗、铭牌和实验变压器的工作原理、损耗、铭牌和实验（知识点部分）课题引入：为什么要高压输电？电能从发电厂输送到用户，输电线路电阻RX的损耗ΔpX取决于通过输电线上的电流l的大小令输送到用户的功率P=UIcosф输出电线上的功率损耗：ΔpX=I2RX=（P/Ucosφ）2ρL/S=C*1/U2Sρ-输电线材料的电阻系数S-输电线的截面积U-输电线路负载端电压C=P2ρL/cos2ф为常数说明：若S一定.U升高，损耗ΔPX减少，若ΔPX一定.U升高，S减小，故可节省材料，则提高送电电压U，可达到减少投资和降低运行费用的目的。变压器的概念：变压器是一种静止的电气设备。它利用电磁感应原理，把输入的交流电压升高或降低为同频率的交流输出电压，满足高压送电、低压配电及其他用途的需要。变压器的用途：变压器具有变换电压、变换电流和变换阻抗的作用，具有隔离高电压或电流的作用，特殊结构的变压器，还可以具有稳压特性、陡降特性等。一、变压器的分类1、按用途不同分类：分为电力变压器（又可分为升压变压器、降压变压器、配电变压器、厂用变压器等）;特种变压器（电炉变压器、整流变压器、电焊变压器等);仪用互感器（电压互感器、电流互感器、电流互感器）;试验用的高压变压器和调压器等。2、按绕组结构不同：分为双绕组、三绕组、多绕组变压器和自耦变压器。3、按铁心结构不同：分为心式变压器和壳式变压器。4、按相数不同：分为单相、三相、多相（如整流用的六相）变压器。5、按调压方式不同：分为无励磁调压变压器、有载调压变压器。6、按冷却方式不同：分为干式变压器、油浸自冷变压器、油浸风冷变压器、强迫油循环冷却变压器、强迫油循环导向冷却变压器、充气式变压器等。7、按容量不同：分为小型变压器容量为630kVA及以下;中型变压器容量为800kVA～6300kVA;大型变压器容量8000kVA～63000kVA;特大型变压器容量为900000kVA及以上。二、变压器的工作原理原绕组匝数为N1，副绕组匝数为N2。当变压器原绕组通以交流电流时，在铁心中产生交变磁通，根据电磁感应原理，原、副绕组都产生感应电动势，副绕组的感应电动势相当于新的电源，这就是变压器的基本工作原理。如图2－1。理想变压器：（不计电阻、铁耗和漏磁）一次与二次绕组完全耦合，且两绕组电阻为零，铁芯中损耗为零，铁芯的导磁率为无穷大，即磁阻为零。理想变压器的运行：原绕组加电压，产生电流，建立磁通，沿铁心闭合分别在原副绕组中感应电动势。图2－1变压器的工作原理变压器的变电压作用：由于线圈电阻为零，且一次、二次侧绕组完全耦合，故按照图中的假定正方向下：222dueNdt111222UENkUEN结论：只要改变原、副绕组的匝数比,就能按要求改变电压。变压器的变电流作用：112222121UIUIUIIIUk结论：变压器在改变电压的同时,亦能改变电流。变压器的变阻抗作用图中，二次侧绕组电路负载阻抗为：22IUZL如果从一次侧绕组电路来看LZ，则其大小为：LLZkIUNNINNUNNIUZ211212121112221结论：变压器在改变电压的同时,亦能实现对阻抗的变换。本次小结：1、变压器是按电磁感应原理工作的静止电气设备，它在电力系统中用来传递电能、变换电压和电流，以满足输电及用电的要求。在工业生产中，变压器还用于整流、电炉、电焊、调压、测量与控制等很多方面。2、变压器的原绕组从交流电源吸收电能传递到副绕组供给负载，铁心中的磁通是能量传递的中介桥梁。变压器只能传递交流电能，而不能产生电能；只能改变交流电压或电流的大小，不改变频率；在传递过程中几乎不改变电流与电压大小的乘积。3、变压器由铁心、绕组两个主要部分组成。铁心是变压器的磁路部分。电力变压器的铁心一般采用0.35毫米厚的硅钢片叠装而成。绕组是变压器的电路部分，它是用电磁线绕制而成的。电力变压器还有其他附件，如油箱、油枕、气体继电器、防爆管、分接头开关、绝缘套管等。附件对绕组与铁心起散热、保护、绝缘等作用，它能保证变压器安全可靠地运行。三、变压器的损耗变压器运行时将产生损耗，变压器的损耗分两大类铜耗1、基本铜耗2、杂散铜耗铁耗1、基本铁耗2、杂散铁耗基本铜耗：一、二次绕组内电流所引起时的直流电阻损耗。杂散铜耗：主要是由漏磁通所引起的肌肤效应，使绕组的有效电阻增大而增加的铜耗。以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。铜耗与负载电流的平方成正比。因此也称为可变损耗。铜耗与绕组的温度有关，一般用77度时的电阻值来计算。基本铁耗：变压器铁心中的磁滞与涡流损耗。杂散铁耗：主要是铁心接连处由于磁通密度分布不均匀所引起的损耗，和主磁通在铁轭夹件，油箱等结构部件中所引起的涡流损耗。铁耗可近似认为与2mB或21U成正比。由于变压器一侧电压保持不变。故铁耗可视为不变损耗。（F不变的前提下）2222122222121222211IrKrIrINNrIrIrPCu∵NII2222221222211NNNCuNIrKrIrIrP∴CuNCuNNCuPPIIP2222四、变压器的效率PPP1211122121PPPPPPPPPP1、因变压器无转动部分，一般效率都很高，大多数在95%以上。大型变压器可达99%。测量变压器的效率一般不采用直接测P1、P2的方法，因P1与P2相差很小。测量仪器本身的误差就可能超出次范围，一般用间接法测量变压器的效率。即测出各种损耗，再计算效率。考虑到：2222cosPmUIKFeCUFeRmIPPPp222222212222coscosFeKPmUIPmIUPmIR令02dId可得:FeKPRmI22在计算效率时作以下假设：1.额定电压下空载损耗FeOPP，且FeP不随负载的变化而变化。2、额定电流时的CUNKNPP，因铜耗与负载电流平方成正比，所以任一负载下的铜耗2*2IPPKNCU3、计算2P时忽略了负载时2U的变化，即2*22222coscosNSIImuPCUFeCUFePPImUPPPP2221cos112*22*22*20cos1IPPISPIPKNONKN因产生最大效率时KNPIP2*203/1~410KNPP对应最大效率时负载电流的标幺值为：KNPPI0*26.0~5.02*2I通过变压器空载和短路实验测取变压器的励磁参数和短路参数。变压器中的参数mZ,kZ对变压器的运行性能有直接影响,知道了变压器的参数,就可绘出等效电路,然后绘出等效电路,然后可以运用等效电路分析计算,mZ可通过空载试验来确定.kZ可以通过试验确定,这两个试验是变压器的主要试验项目.五、空载实验注:用大写字母表示高压端,小字母表示低压端.空载试验可在任一边作.但考虑到空载试验所加电压较高,其电流较小,为试验的安全和仪器仪表选择方便,一般在低压侧作.如图2－2。图2－2变压器开了路试验的接线图测定方法:在低压方加U1.高压侧开路.都取Im,Po,U2o由空载试验等效电路可知:mmZZZIU1011ZZm可近似认为Zo=ZmmNmIUZ1ZmZo22mmmRZx20mmIPR201UUK注:1、此时测得的值为归算到低压侧的值,如需归算到高压侧时参数应乘2K.2、Zm与饱和程度有关,电压越高,磁路越饱和，Zm越小,所以应以额定电压下测读的数据计算励磁参数.六、短路试验图2－3变压器短路试验的接线图1、因短路试验电流大,电压低,一般在高压侧作，如图2－3.从等效电路可见.LZ=0,外加电压仅用来克服变压器本身的漏阻抗压降,所以当Uk很低时,电流即到达额定,该电压为(5-10%)Un.1ZZm,且电压很低,所以很小,Zm大.绝大部分电流流经2Z,可忽略激磁支路不计。此时由电源输入的功率Pk完全消耗在一、二次绕组铜耗上，即:KKKRIRIRIP2222121KKKIUZ2KKKIPR22KKKRZX可按221KRRR221KXXX注意：1.NKII,读取Pk,Uk计算短路参数。2、由于绕组的电阻随温度而高.而短路试验一般在室温下进行,所以计算的电阻必须换算到额定工作时的数据,按国际规定换算到c075的数据.00)75(750TTRRKcK2)75(2)75(00KcKcKXRZ上式中：θ：室温T0：对铜线234.5，对铝线228短路试验时使电流达到额定值时所加电压KU1称为阻抗电压或短路电压，阻抗电压用额定电压百分比表示时有:*111111%100%100KNNKNKNNkkZIUZUZIUuU阻抗电压百分比是铭牌数据之一,是变压器的主要参数，阻抗电压的大小反映变压器在额定负载下运行时,漏阻抗压降的大小。七、变压器的铭牌1、型号：表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容。例如：S9-80/10：表示三相变压器（D表示单相），额定容量为80kVA，高压侧额定电压为10kV级的电力变压器。2、额定值是正确使用变压器的依据，在额定状态下运行，可保证变压器长期安全有效的工作。1)额定容量NS：指变压器的视在功率。对三相变压器指三相容量之和。单位伏安（VA）千伏安（KVA）2)额定电压NU：指线电压，NU1指电源加到原绕组上的电压，NU2是副边开路即空载运行时副绕组的端电压。3)额定电流NI：由NS和NU计算出来的电流，即为额定电流对单相变压器：NNNUSI1NNNUSI22对三相变压器：NUSINN113NNNUSI2234)额定频率fN：我国规定标准工业用电频率为50赫（HZ）有些国家采用60赫。此外，额定工作状态下变压器的效率、温升等数据均属于额定值。本次小结：一、变压器的损耗间引起的附加铁损：铁心、迭片损耗基本铁损：磁滞和涡流铁损的附加铜损：漏磁场引起流电阻的损耗基本铜损：原副线圈直铜损铁损---不变损耗；铜损---可变损耗。二、变压器的效率：12212111PPPPPPPPPP三、空载实验四、短路试验五、变压器的铭牌变压器的工作原理、损耗、铭牌和实验（能力培养部分）一、空载实验1、实训目的1）测量变压器的空载电流和空载损耗；2）通过测试参数发现磁路的局部或整体缺陷；检查绕组匝间、层间绝缘是否良好，铁心硅钢片间绝缘状况和装配质量等。2、实训设备被测变压器（10/0.4kV）一台；功率表（cosφ=0.1）三只；电流表三只；平均值电压表、有效值电压表、频率表各一只；导线若干；工具若干。3、实训步骤变压器空载试验方法有单相电源法和三相电源法两种，其接线图如下图所示。单相电源法采用单相试验电源，适用于单相变压器试验和三相变压器的单相试验。三相电源法采用三相试验电源，只适用于三相变压器，试验时，功率损耗可采用三瓦特表或双瓦特表测量，一般使用的是双瓦特表法。(a)单相变压器（b）三相变压器图2－4变压器的空载实验接线图①按试验图接线，并选择电源；②检查接线无误后，通电测试。4、空载电流和空载损耗的计算设外加相电压为Uo，相电流为Io，Po为每相输入功率，空载试验时输入功率全部都是损耗功率，所以Po（输入功率）就是空载损耗po，即由以下公式表示：||ooUZI12oommoPrrrrI221||ooommxZrxxx电力变压器空载试验时，在额定条件下，空载电流的允许偏差为22%；空载损耗的允许偏差为+15%。5、空载实验评分标准二、短路试验1、实训目的测定变压器的短路损耗Pk和短路电压Uk。2、实训设备被测变压器（10/0.4kV）一台；功率表（cosφ=0.1）三只；电流表三只；平均值电压表、有效值电压表、频率表各一只；导线若干；工具若干。3、实训意义短路试验就是将变压器一侧的绕组短路，从另一侧施加额定频率交流电压的试验