第11讲-第5章-变压器-3

回顾变压器负载的基本方程式、等效电路及向量图的分析方法变压器的折合算法预习标幺值变压器参数测定变压器的运行特性第5章变压器电机及拖动基础5.4标幺值5.5变压器参数测定5.6变压器的运行特性教学目的了解标幺值的定义及作用理解变压器参数测定试验掌握变压器的运行特性一次侧二次侧功率线电压相电压线电流相电流阻抗NSNS1NU2NU1NU2NU1NI2NI1NI2NI111NNNUZI222NNNUZI1、电机学中基值的选择第5章变压器=该物理量的实际值标幺值该物理量的基值5.4标幺值一个物理量的222222211122NNNNRkRRRRRZZZZk33llNNNUUUUUUUUcos3cos33llNNNUIUIPPPSSS2、取标幺值的优点(2)一个量实际值与它的折合值的标幺值相等(3)线值与相值电压(流)的标幺值相等(4)一相功率与三相功率的标幺值相等第5章变压器(1)便于判定电机运行情况21212212NNNIIIkIIIIIk负载系数两台变压器电压电流值分别为：6kV,9A和35kV,20A。标幺值分别为：U1=1.0,I1=1.0和U1=1.0,I1=0.6绕组电阻、漏电抗及励磁阻抗等参数。可通过空载实验和短路实验测量并计算变压器的参数第5章变压器5.5变压器参数测定5.5.1变压器的空载试验目的：求变比k、空载电流I0、空载损耗P0以及空载等效电路中的励磁阻抗参数Zm。工频的正弦交流电源变压器空载试验电路图高压侧空载低压侧加压第5章变压器5.5.1变压器的空载试验调压器额定电压Ｕ2N测量Ｕ1、Ｉ20及空载损耗（即空载输入功率）ｐ0低功率因数表空载试验时电压较高，电流较小故电流要精确测量，电流表及功率表电流接线图中流过的电流为实际空载电流为了便于试验和安全起见，通常在低压侧进行空载试验，而高压侧开路。计算：总阻抗Z0=Z2+Zm′≈Zm′'220mNUZI'220mFepI励磁电阻R''2'2mmmXZ励磁电抗－R注意：空载试验在低压侧进行，要获得高压侧参数时，必须进行折算,即乘以k2。空载损耗p0近似为铁耗pFe。第5章变压器5.5.1变压器的空载试验12NUkU0220pI励磁阻抗高压侧加电压短路试验线路图目的：测定变压器短路损耗、短路电压Uk和短路阻抗Rk、Xk、Zk低压侧短路短路电压Uk从0↑，当高压侧短路电流Ik→I1N时，测量对应的短路电压Uk、短路功率pk。第5章变压器5.5.2变压器的短路试验由于短路试验时电流较大（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(4~10)%，因此为便于测量，一般在高压侧试验，低压侧短路。因为短路电压很低，磁通小,铁耗很小，故短路损耗pk近似为铜耗pCu。计算：2cukkpI短路电阻R22kkkXZR短路电抗NkkkIUIU1KZ短路阻抗''121211:R22kkRRXXX一般第5章变压器75234.575234.5KkCRR5.5.2变压器的短路试验21kNpI0KN175UNKCIZ02KN175NKCpIR227575kkCkCZRX短路电压它的大小反映了变压器在额定负载下运行时，短路阻抗压降的大小。5.5.2变压器的短路试验第5章变压器uk一般为4％～10.5%短路电压的大小用百分比来表示：%100%100175110NckNNkNkUZIUUu11111kNNkkNNkkkNkNNUIZuUUZZZUZI1NkKUIZ111NNNKUIIZ11NKIu0,5.144/63.9/,,10021YynAAIIAkVSNNN例5-4有一台三相电力变压器，空载及短路试验的试验数据如下：VVUUNN400/6000/21联结，试验名称电压/V电流/A功率/W备注空载4009.37600电源加在低压侧短路3259.632014电源加在高压侧试求折算到高压侧的励磁参数和短路参数（不计温度影响）。第5章变压器200022200'2'222400Z24.639.37600R2.2839.3724.62.2824.5mFemmmmUZIppIIXZR解由于为三相变压器，因此应采用相值进行计算。由空载试验数据，先求低压侧的励磁参数折算到高压侧的励磁参数，因153/4003/6000k55356.2415'22mmZkZ22152.28513mmRkR55135.2415'22mmXkX第5章变压器由短路试验数据，计算高压侧室温下的短路参数k2222222325Z19.539.632014R7.2439.6319.57.2418.1kkCukkkkkkkUIppIIXZR第5章变压器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)。第5章变压器5.6变压器的运行特性效率特性1、电压变化率：变压器负载运行时，二次侧端电压的变化程度通常用电压变化率ΔU％来表示：%UUU%UUU%UΔUΔU%NNNN10010010022222202第5章变压器5.6.1变压器负载时二次绕组端电压的变化2211UUU采用标幺值表示为：122111NNNUUUUU用简化相量图求ΔU1212211122111122122(Rcossin)(cossin)(Rcossin)(Rcossin)NkkNNNkkNNNkkNkkUUIXUUUIRXIIUIXUX1I'2U1NUoBACEFD222'12NUU1kIR1kjIXOAOD第5章变压器1、电压变化率：221212cossincossinkkOAOCODOCCDCFFDCFBEBCABIRIXΔU％反映供电电压的稳定性。ΔU％越小，说明变压器二次绕组输出的电压越稳定。电压变化率实用计算式000:222纯电阻负载容性负载的感性负载的式中；；1221(cossin)100NkkNIΔU%RX%U1、电压变化率：第5章变压器2、外特性:一次绕组电压U1和负载的功率因数cosφ2一定时，二次绕组电压U2与负载电流I2的关系.用负载系数β=I2/I2N表示，便于不同变压器之间比较22cossin%0,kkRXU使电压上升22cossin0%0,kkRXU使电压下降第5章变压器1221(cossin)100NkkNIΔU%RX%U02pppppkNFeCu总损耗1、变压器的损耗铜损耗ｐCU（可变损耗）与U1有关，与负载电流无关，当U1不变时,铁耗基本不变。22222222()cukNNkkNpIRIIIRp第5章变压器5.6.2变压器效率铁心损耗ｐFe（不变损耗）2、变压器的效率%PPη1001212112100()100(1)100FecuPppPη%%%PPPPP2、变压器的效率常用实用计算公式计算效率第5章变压器若忽略副边端电压在负载时的变化，则：22NUU单相2222222222222coscoscoscosNNNNNNIPUIUIUISI22222222222223cos3cos3coscosNNNNNNIPUIUIUISI三相20220(1)100coskNNkNpp%Spp3．效率特性效率η随负载I2的变化而变化的关系即:不变损耗等于可变损耗时，变压器的效率最高。一般电力变压器取ｐ0ｐkN，故ηmax发生在βm1范围内。kNmpp0%pSpηNm100)2cos21(020max得：02ppkNm令dη/dβ=0第5章变压器20220(1)100coskNNkNpp%Spp8.0cos28.0)cos(28.0cos2mmax1）额定负载及(感性),时的电压变化率、二次电压及效率。时，产生最大效率时的负载系数及最大效率试求：(容性)2）第5章变压器0,5.144/63.9/,,10021YynAAIIAkVSNNN例5-5有一台三相电力变压器，空载及短路试验的试验数据如下：VVUUNN400/6000/21联结，试验名称电压/V电流/A功率/W备注空载4009.37600电源加在低压侧短路3259.632014电源加在高压侧二次电压VVUUUN48.381400)0463.01(%)1(22效率%8.96%100201416008.0101001201416001%100cos123220220kNNNkPpSpp第5章变压器1）额定负载及(感性)、二次电压及效率。解时的电压变化率8.0cos2计算满载时的电压变化率12121cossin%100%9.637.240.89.6318.10.61100%4.63%6000/3NkNkNIRIXUUmmax时，产生最大效率时的负载系数及最大效率2）8.0cos255.020146000Nkmpp%8.97%10060028.01010055.060021%1002cos213020maxpSpNm最大效率临界负载系数第5章变压器2）额定负载及(容性),、二次电压及效率。时的电压变化率8.0cos2电压变化率%41.1%1003/6000)6.0(1.1863.98.024.763.91%U二次电压VVUUUN64.405400)0141.0(1%)1(22效率%8.96例5-6某台三相电力变压器铭牌数据：额定容量SN=750kV•A，额定电压U1N/U2N=10/0.4kV，Yy联接。试验测得每相短路电阻Rk=1.42Ω，短路电抗Xk=6.50Ω，变压器原边接额定电压，副边接三相对称负载，已知每相阻抗ZL=0.25+j0.08Ω。试计算：1）变压器原、副边电流；2）副边电压；3）输入的有功功率和无功功率；4）输出的有功功率和无功功率；5）效率。第5章变压器解：（1）计算原、副边电流变比为负载阻抗为折算到原边的负载阻抗为253/4003/1000033/21NNUUk74.17262.008.025.0jZL5025.156)08.025.0(2522jjZkZLL第5章变压器本题忽略空载电流I0，采用简化等值电路计算，则从原边看每相总阻抗为原边相电流为原边线电流大小为副边线电流为71.1949.16750.5667.157)5050.6(25.15642.1jjZZZLkAZUIN00001171.1947.3471.1949.1673/0100003/0AkII75.86147.342512第5章变压器AI47.341（2）计算副边电压（线电压）（3）计算输入的有功功率和无功功率原边功率因数为输入有功功率为VZIUL1.391262.075.861332294.071.19coscos1kWIUPN2.56194.047.34100003cos31111第5章变压器输入无功功率为（4）计算输出的有功功率和无功功率副边功率因数为输出的有功功率为输出的无功功率为var0.20334.047.34100003sin31111kIUQN95