变压器的运行特性资料

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，向负载输出电磁功率，所以它的运行特性主要有两个注：变压器的电压变化率和效率体现了这两个特性外特性——指原方外施电压和副方负载功率因数不变时，副方端电压随负载电流变化的规律，即U2=f(I2)效率特性——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η=f(I2)2.5.1电压变化率定义电压变化率——原方接在额定电压、额定频率的电网上，副方的空载电压与给定负载下副方电压的算术差，用副方额定电压的百分数来表示的数值，即2022%100%NUUUU122()KKUUIRjx222100%NNUUU222()100%NNkUUkU121100%NNUUUR'2jx'2σRmU1U'2I1R1jx1σI'2I0jxmE1E'2＝ZLU1-U'2I1Rkjxk-I'2ZLU1-U'2I1Rkjxk-I'2ZLU1U1-U'2-U'2I1I1Rkjxk-I'2-I'2ZL-U2*U1N*I1*jxk*I1*Rk*I1*=－I2*φ2BADCFEφ2φ2ΔU%的简化计算公式用变压器的简化等效电路得简化相量图其中U1N*=1，I1*=I2*=β（β称为变压器的负载系数），电阻压将I1*Rk*=βRk*，电抗压将I1*xk*=βxk*由简化相量图得**1222******121222cossincossin(cossin)NkkkkUUCDDEBCABIRIxRx**1212*11**22100%10%(cossin100%0%)NNkNNkURUUUUUxU得*****121NKKUUIRjx**22%(cossin)100%kkURx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正比。且与变压器的漏阻抗有关。电压变化率还与负载的性质有关在感性负载下，电流滞后于电压，φ20，ΔU为正值，说明带负载后副方电压比空载电压低。在容性负载下，电流超前于电压，φ20，sinφ2为负值，ΔU可能为负值，说明带负载后副方电压可能比空载电压高。例题一台三相电力变压器，已知Rk*＝0.024，xk*＝0.0504。试计算额定负载时下列情况变压器的电压变化率ΔU％：（1）cosφ2＝0.8（滞后）（2）cosφ2＝1.0（纯电阻负载）（3）cosφ2＝0.8（超前）分析：额定负载时，β＝1；在已知Rk*，xk*和cosφ2时,可以通过公式进行直接计算**22%(cossin)100%kkURx解:**22%(cossin)100%1(0.0240.80.0540.6)100%4.94%kkURx（1）β＝1，cosφ2＝0.8（滞后）时，sinφ2＝0.6（2）β＝1，cosφ2＝1.0时，sinφ2＝0**22%(cossin)100%1(0.02410.0540)100%2.40%kkURx（3）β＝1，cosφ2＝0.8(超前)时，sinφ2＝=-0.6**22%(cossin)100%1(0.0240.80.0540.6)100%1.10%kkURx变压器的外特性当U1=U1N，cosφ2＝常数，U2随I2变化的规律U2=f(I2)称变压器的外特性132I2NI2U2NU2曲线1——cosφ2＝1.0，带纯电阻性负载曲线2——cosφ2＝0.8（滞后），带电感性负载曲线3——cosφ2＝0.8（超前），带电容性负载2.5.2变压器的损耗和效率效率——变压器输出功率和输入功率的比值效率＝—————＝——×100％输入功率P1输出功率P2变压器能量的传递U1U2E1I1R1R2jx1σjx2σE2-I2M**输入功率电磁功率输出功率pCu1pCu2pFe输入功率:P1=mU1I1cosφ1原边铜耗:pCu1=mI12R1铁耗:pFe=mI02Rm电磁功率:PM=mE2I2cosφ2副边铜耗:pCu2=mI22R2输出功率:P2=mU2I2cosφ2PCu2PFePCu1P1PMP2注:1、变压器的pCu1+pCu2=pCu——合称铜耗2、变压器的铁耗包括基本铁耗和附加铁耗总损耗:Σp=pCu+pFe=(pCu1+pCu2)+pFe变压器的效率效率＝—————＝——×100％输入功率P1输出功率P2定义：效率测定直接法——直接测量P1和P2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95％，大型大于99％），同时受测量条件和精度的影响很难得到精确的结果效率测定间接法——通过空载实验和短路实验，测出额定电压时的空载损耗p0和额定电流时的短路损耗pkN，通过计算得出效率＝（1-—————）×100％pFe+pCup2+pFe+pCu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时的铜耗，用额定电压下的空载损耗p0来代替铁耗pFe(即p0=pFe＝常数)——铁耗也称不变损耗2）忽略短路试验时的铁耗，用额定电流时短路损耗pkN来代替额定电流时的铜耗pCu。因铜耗pCu与负载系数β的平方成正比，故有pCu＝β2pkN——铜耗也称可变损耗3）不考虑变压器副边电压的变化，即认为U2=U2N不变。2222cuKKNKcuNKNpIRpIRpp注：2222222222coscoscosNNNNIPmUImUIIS2KNNkpIR2cukpIR故效率公式可写为20220(1)100%coskNNkNppSpp在负载的功率因数cosφ2一定时，效率随负载系数变曲线称——效率曲线η0ηmaxβ0.20.40.60.81.01.21.00.80.60.40.22222222222coscoscosNNNNIPmUImUIIS注：1、最大效率出现时有即不变损耗的铁耗和可变损耗的铜耗相等讨论变压器效率最高点，出现在什么地方？在公式20220(1)100%coskNNkNppSpp中，取导数η对β的导数，并令0dd可计算出最高效率ηmax时的负载系数βm0max202(1)100%cos2mNpSp0mkNpp20mkNpp对应2、为了提高变压器的效率，通常设计成βm＝0.5～0.6铁耗相对较小例题一台三相电力变压器，SN=100kva，p0＝600W，pkN=2400W。试计算(1)在cosφ2＝0.8（滞后）条件下，额定负载时的效率；(2)在cosφ2＝0.8（滞后）条件下，最高效率时的负载系数和最高效率。分析：额定负载时，β＝1；并在已知cosφ2，可以通过公式进行直接计算0max202(1)100%cos2mNpSp20220(1)100%coskNNkNppSpp0mkNpp解:（1）β＝1，cosφ2＝0.8（滞后）（2）最大效率时的βm2022023260012400(1)100%96.39%1100100.860012400(1)100%coskNNkNppSpp0max3202600(1)100%97.09%0.51002(1)100%co100.820s260mNpSp060010.524002mkNpp