3.6 变压器的运行特性
变压器的运行特性
变压器的运行特性主要有外特性（副边电压变化率） 变压器的运行特性主要有外特性（副边电压变化率）和效率 一、变压器的外特性 在电源电压不变的情况下， 在电源电压不变的情况下，变压 器二次侧接入负载后， 器二次侧接入负载后，一、二次 绕组都有电流通过，必然产生一、 绕组都有电流通过，必然产生一、 二次侧的内阻抗压降， 二次侧的内阻抗压降，从而使二 次电压随负载的增减而变化。 次电压随负载的增减而变化。 二次电压随二次电流变化的特 性曲线称为变压器的外特性。 性曲线称为变压器的外特性。 利用电压变化率来表示输出额 利用电压变化率来表示输出额 电压变化率 定电流时电压的变化
cos ϕ = 0.8
（超前） 超前）
U
UN
cos ϕ = 1 cos ϕ = 0.8
（落后） 落后）
IN
I
外特性曲线
电压变化率 一般情况下， 一般情况下，外特性曲线近似一条略向下倾斜的直 且倾斜的程度与负载的功率因数有关， 线，且倾斜的程度与负载的功率因数有关，对于感性负 功率因数愈低，下倾愈烈。从空载到满载， 载，功率因数愈低，下倾愈烈。从空载到满载，二次电 压变化的数值与空载电压的比值称为电压变化 变化率 压变化的数值与空载电压的比值称为电压变化率，即
一定功率因数下， 一定功率因数下， η随负载电流的不同而改变
谢谢
铜耗与负载电流的平方成正比，因而也称为可变损耗。 铜耗与负载电流的平方成正比，因而也称为可变损耗。 铜耗
基本铁耗： 基本铁耗：铁心中的磁滞和涡流损耗 附加铁耗： 附加铁耗：结构件中的涡流损耗
铁耗可视为不变损耗。 铁耗可视为不变损耗。
铁 耗
P1 − ∑ p p Fe + p cu P2 ) × 100 % = (1 − ) × 100 % × 100 % = (1 − η = P1 P1 P2 + p Fe + p cu
《变压器》教案3
汇报人：任老师 2023-12-25
目录
CONTENTS
• 教学目标与要求 • 教学内容与重点难点 • 教具和多媒体资源准备 • 教学方法与手段 • 教学过程 • 评价与反馈 • 作业布置 • 教师自我反思
01
CHAPTER
教学目标与要求
知识目标
掌握变压器的基本工作原理
01
理解变压器如何通过电磁感应原理实现电压的变换。
变压器的并联与串联条件
理解变压器并联与串联的条件和限制可能较为抽象，需要通过实例 分析和讨论加深学生的理解。
03
CHAPTER
教具和多媒体资源准备
教具准备
变压器模型
用于展示变压器的结构和工作原理，帮助学生形成直观认识。
电源、电线、灯泡等
用于搭建简单电路，演示变压器的工作过程。
教学挂图
展示变压器的内部结构、工作原理等，辅助教学。
个性化反馈
针对不同学生的特点和 问题，提供个性化的反 馈和建议，帮助学生更 好地改进自己的学习方 法和态度。
鼓励与激励
在反馈中注重鼓励和激 励，肯定学生的努力和 进步，增强学生的自信 心和学习动力。
07
CHAPTER
作业布置
阅读教材相关内容
阅读《变压器》一节中关于变压器的 工作原理、结构、类型和应用等相关 内容。
课后作业分析
通过分析学生完成的课后作业，了解学生对知识点的掌握 情况，以及运用所学知识解决问题的能力。
测验或考试
通过定期的测验或考试，检验学生对课程内容的掌握程度 和应用能力，为教学提供反馈。
为学生提供反馈
及时反馈
在课后尽快对学生的作 业和测验进行批改，给 出成绩和评语，让学生 及时了解自己的学习情 况。
3、变压器-参数测定和运行特性
课程导入
通过漏磁抗必然产生电压降。
课程讲解
压变化。我们将这种变化规律称之为外特性。
I2≠0
E
U
负载变化导致电流变化，电流变化导致电
1
I1
1
1
E1
σ
Φ1
Φ2
E
Z
σ
σ
2
L
外特性：在一次侧加额定电压，负载功率因
课程总结
数COSφ2一定时，二次侧电压U2随着负载电
U1N=3300V,I0=0.08A,P0=80W,高压侧加电压时的短路试验数据：
课程讲解
UK=180V,I1N=6.06A,PKN=240W,试验温度25℃，求(1)这台变压器的等效电路参数；
（2）这台变压器的I*0,uk,Z*m,Z*k,P*0.
课程总结
课后作业
厚德笃学、砺能敏行
变压器的运行特性
折算到高压侧，应将上式求得数值乘以变比的平方。
二、短路试验
课程导入
☆ 试验方法：将变压器二次侧短路，一次侧施加
一很低的电压，以使一次侧电流接近额定值。测得
一次侧电压 Uk，电流 I1N，输入功率 PkN
课程讲解
（1）试验线路
课程总结
为了方便，选择在高压方一侧。
在低压方做短路试验时，负载损耗值不变，但 Uk太小, Ik 太大，调节设备难以满足要求，
m = =
X m = −
课程总结
课后作业
m = =
=
X m = −
需要强调的是：由于励磁参数与磁路的饱和程度有关，所以应取额定电压下的数据来
计算励磁参数。
变压器的运行特性
电感性滞后
变压器外特性曲线图
Part 3 变压器的效率
由于损耗的存在，变压器在传递能量过程，致使输出功率P2 < 输入功率P1，输出功率P2与输入 功率P1的比值称为效率η
损耗
铁损耗 铜损耗
磁滞损耗 由铁心磁阻所产生的的损耗，硅钢片能减少这种损耗 取决于铁心的磁通大小和交变频率，铁心采用片状结
涡流损耗 构叠加可减少这种损耗
变压器的电压变化率 变压器的外特性 变压器的效率
知识内容
课外拓展 测取实训室变压器的负载特性
产业信息
电力变压器是电力系统的枢纽设备,在变电站中,主 变压器能否安全可靠运行,直接关系到电网的安全 运行。要不断提高主变压器的运行、维护、检修 水平。
本节内容 到此结束
基本铜损 一次、二次绕组内直流电阻所引起 的直流电阻损耗 由集肤效应和邻近效应使绕组有效电阻变大所增加的
附加铜损 损耗
Part 3 变压器的效率
PFE
变压器损耗
PCU
铁损耗（不变损耗）
铁损耗用PFE表示，其 与外加电压大小有关， 而与负载大小基本无关 ，故也称为不变损耗。
铜损耗（可变损耗）
铜损耗用PCU表示，其 大小与负载电流平方成 正比，故也称为可变损 耗。
电机与电气控制技术
Part 1 变压器的运行特性
外特性
运行特性
效率 特性
主要指标：电压变化率、效率
Part 2 电压变化率
变压器一次绕组加额定电压，负载的功率因数一定，空载与额定负载时 二次侧端电压之差（U2N -U2）与额定电压U2N的比值，用ΔU%表示
• 空载时，U20=U2N • 负载时，U2随负载的变化而变化 变化率 电压变化率ΔU%与变压器内阻抗大小、负载电流及负载类型有关，反映了变压器 输出电压的稳定性及电能的质量。
变压器的运行特性(精)ppt课件
基本铜耗：原、副边绕组中电流引起的直流电阻 的损耗。
附加铜耗：导体在交变漏磁场作用下引起集肤效 应，有效电阻增大而增加的铜耗。
9
基本铁耗：铁心中的磁滞和涡流损耗。 附加铁耗：结构件中的涡流损耗
额定电压下， 磁密基本不变，
总损耗：
10
11
3.效率 (1)公式
假定a b
不变：
12
pKN:额定电流时的额定短路损耗 ,
2-5 变压器的运行特性
变压器的运行特性主要有外特性 (副边电压变 化率 ) 和效率 1.外特性
当原绕组外施电压和负载功率因数不变时， 副 边端电压随负载电流变化的规律。 U2＝f (I2)
2. 效率特性 当原绕组外施电压和副绕组的负载功率因数不变
时， 变压器效率随负载电流变化的规律。 n＝f(I2).
则
，
o
c
n
a bd m
4
OR：
意义：(1) 越大， u越大 (2) 一定时， u受短路阻抗得影响
5
(4)a.纯电阻负载:
(
)
b 、.纯电感负载: 电压
c 、容性负载:且
小，故而 u小 说明由空载 负载时，副边
则
空载 负载时，副边电压
可以看出：
感性负载时， 02>0， U为正；容性负载， 02<0， U可 正可负。实际运行中一般是感性负载， 端电压下降5~8%。6
1
一、变压器的电压变化率和外特性
(1)电压变化率 ： 外施电压为额定值，负载功率因数为给定值时，付方空载 电压与负载时电压算术差与付方额定电压得比值。
原边 由简化电路得
副边cos 2一定
2
(2)负载系数 输出电流标么值。 (简化电路)
第3章 变压器
3.1 概述
2.变压器的分类
1)按用途分类: 特种变压器（如调压变压器、试验变压器、电炉变压器、整 流变压器、电焊变压器、控制变压器等）
电焊变压器(专用) 给电焊机供电。
3-18
3.1 概述
2.变压器的分类
1)按用途分类: 仪用互感器（电压互感器和电 流互感器） 电子变压器：用在电子线路中
3-19
U1N / U 2 N 35kV / 0.4kV
试求一次、二次绕组的额定电流。
解：
I1N
SN 3U 1N
SN 3U 2 N
160103 3 35 10
160 103 3 0.4 10
3
3
A 2.64A
I 2N
A 230.9 A
3.1.3 本章主要内容
1）本章主要对单相变压器进行分析，所得的基本方程式、等 效电路、相量图以及运行特性分析等方法完全适用于三相变压 器。 2）因为电力系统中三相电压是对 称的，如果三相变压器带对称负载， 则三相变压器的三相原、副边的电 压，电流都是对称的。电力变压器 正常的工作状态基本是对称运行。 但三相变压器也有其特殊的问题需 要研究，例如三相变压器的磁路系 统、三相变压器绕组的连接方法和 联结组等问题。 3）本章只分析变压器的稳态运行， 不考虑过渡过程。
基于matlab的变压器运行特性仿真分析教材
基于matlab的变压器运行特性仿真分析摘要变压器是电力系统中不可缺少的重要电气元件，变压器的运行特性也影响着电力系统的性能和正常运行，因此，要对变压器的运行特性进行分析，尤其是变压器的暂态运行特性，因为在暂态的过度过程中可能会出现较大的过电压或过电流，可能会损坏变压器。
随着科学技术的发展，仿真技术也得到了很大程度的发展，不再仅仅局限于传统的物理仿真，而是更加方便简洁也更加精确的计算机仿真。
本文先是对变压器的稳态和暂态运行特性进行分析，然后运用matlab软件，通过编写matlab程序实现对变压器暂态运行特性的仿真分析，主要包括变压器空载合闸到电源和变压器突发短路这两种情况，对于变压器空载合闸到电源这种情况又通过区分铁心是否饱和，分别用解析法和四阶龙格库塔算法进行仿真，保证了结果的准确可靠。
而对于磁化曲线，则采用插值法实现对不饱和区磁化曲线的拟合，饱和区的磁化曲线采用直线代替。
并对仿真得到的结果结合理论知识进行了简单的分析，找到了在变压器的过渡过程中对变压器最不利的情况，并且也和理论相对比，验证了所采用仿真方法的正确性和可行性。
关键词：变压器，暂态运行特性，空载合闸，突发短路，matlab 仿真BASED ON THE MATLAB SIMULATION ANALYSIS OF TRANSFORMER RUNNINGCHARACTERISTICSABSTRACTTransformer is an important and indispensable electrical components in the power system, the operation of the transformer also affects the normal operation of power system, therefore, we should analyze the running characteristics of the transformer, especially the transient state characteristic of the transformer, because that during the transient process may appear larger o ver-voltage or over-current, which might cause something wrong to the transformer.With the development of science and technology, the simulation technology has been developed greatly, and it has been no longer limited to the traditional physical simulation, but a more convenient and concise computer simulation which is more accurate.This article first to the transformer of a theoretical analysis of steady state and transient operation c haracteristics, and then use matlab software, by writing the matlab program to realize the simulation analysis, the characteristics of the transformer transient operation including transformer no-load closing to the power supply and the sudden short circuit of the transformer in both cases, the transformer no-load closing to this kind of situation and power sup ply by distinguish whether iron core saturation, respectively, using analytic method and the fourth order runge kutta algorithm simulation, ensure the accurate and reliable results. For the magnetization curve, the interpolation method was adopted to reali ze the unsaturated zone of magnetization curve fitting, the saturated area USES the straight line instead of the magnetization curve. And the simulation results are combined with theoretical knowledge has carried on the simple analysis,found in the process of the transition of the transformer of transformer is the most unfavorable situation, and also compared, and the theory simulation method used to verify the correctness and feasibility.KEY WORDS: transformer, the transient state characteristic, no-load closing, sudden short circuit, the matlab simulation目录第1章绪论 (1)§1.1 本课题研究的目的和意义 (1)§1.2 国内外研究现状 (1)§1.3 本文研究的主要内容 (2)第2章Matlab软件 (3)§2.1 Matlab简介 (3)§2.2 Matlab的特点 (4)§2.3 微分方程求解的仿真算法 (5)§2.3.1 Euler法 (5)§2.3.2 Runge kutta法 (5)第3章变压器稳态、暂态运行特性分析 (7)§3.1 变压器概述 (7)§3.2 变压器各电磁量正方向的规定 (7)§3.3 变压器空载运行 (8)§3.3.1 主磁通、漏磁通 (9)§3.3.2主磁通和漏磁通的感应电动势 (9)§3.3.3 空载运行时的电压方程和等效电路 (10)§3.3.4 铁心饱和和磁滞现象对励磁电流的影响 (11)§3.4变压器负载运行 (15)§3.4.1 负载时的磁动势 (15)§3.4.2 折合算法 (16)§3.4.3 负载运行时的电压方程和等效电路 (17)§3.5 变压器参数的确定 (18)§3.5.1 变压器的空载试验 (18)§3.5.2 变压器的短路试验 (19)§3.6 变压器的运行性能 (20)§3.6.1 变压器的外特性 (20)§3.6.2 变压器的效率特性 (22)§3.7 三相变压器 (23)§3.7.1 三相变压器的磁路系统 (23)§3.7.2 三相变压器空载运行时的电动势波形 (23)§3.8 变压器过渡过程中的过电流现象 (25)§3.8.1 变压器空载合闸到电源 (26)§3.8.2 突发短路 (28)第4章基于Matlab的变压器动态特性仿真 (30)§4.1 变压器空载合闸到电源时过电流的仿真和分析 (30)§4.1.1 不考虑铁心饱和时变压器空载合闸到电源的过电流仿真 (30)§4.1.2 考虑铁心饱和时变压器空载合闸到电源的过电流仿真 (36)§4.1.3 空载合闸到电源时产生的过电流对变压器的影响 (42)§4.2 突发短路时过电流的仿真和分析 (42)§4.2.1 突发短路时过电流的仿真 (42)§4.2.2 突发短路时产生的过电流对变压器的影响 (45)§4.3 变压器动态特性仿真分析 (45)总结 (47)参考文献 (50)附录 (52)第1章绪论§1.1 本课题研究的目的和意义在电力系统中，变压器从发电厂到输配电网中都充当着重要的角色，是电力系统中不可缺少的重要电气元件。
变压器的运行特性
1.变压器的外特性及电压变化率 2.变压器的损耗及效率
变压器的运行特性
变压器的运行特性主要有外特性及效率特性。 变压器在负载运行时，一、二次绕组的内阻抗压降随负载变化而变化。负载 电流增大时，内阻抗压降增大，二次绕组的端电压变化就大。变压器在传递 功率的过程中，不可避免地要消耗一部分有功功率，即要产生各种损耗。衡 量变压器运行性能的好坏，就是看二次侧绕组端电压的变化程度和各种损耗 的大小，可用电压变化率和效率两个指标来衡量。
u2N－ u2 ∆u ×100% = × 100% ∆u% = u2N u2N 来表征电压调整率，它反映了电网电压的稳定性。
我们能采取什么 措施来减小电压波 动呢？
国家规定用
分析变压器的外特性，当功率因素 cos 2 越接近1， 电压的波动就越小，因此我们在使用电气设备时，如 果能尽量提高功率因数，就有助于电压的稳定。 4
5
课后练习
1.什么是变压器的外特性？一般希望电力变压器的外特性呈什么 形状？
2.什么是变压器的电压变化率？与哪些因数有关？电力变压器的变化率 应控制在什么范围内好？从运行角度看是大些好还是小些好？
6
1.变压器的外特性及电压变化率 (1).变压器的外特性
因为变压器二次侧功率P2是由一次侧功率P1决定的，它 不会随变压器所带负载的变化而变化。 ∵ P2= i2u2 ∴ 当负载变化引起i2变化时，u2就会跟随i2的变化而变化 因此我们把当电源电压和负载功率因数一定时，二次电压随 负载电流变化的规律，称为变压器的外特性。
2、变压器损耗和效率
实际运行中的变压器不可避免的会因为材料、工艺等 问题而产生损耗。 变压器的损耗分为两种： ⑴ 铁损耗。铁耗是磁通在铁芯中交变和运行时 产生的损耗，与负载没有任何关系。因为磁通大小一 般没有变动，所以铁耗又称为不变损耗或空载损耗， 用pFE表示。 ⑵铜损耗。铜耗是电流在绕组中，与绕组的电阻 产生的热损耗，用pCU表示。 I2 pCU = I12 r1 + I22 r2 =β2 pCUN β= I 2N 铜耗的大小取决于负载电流的大小以及绕组中电阻 的大小，所以铜耗又称为可变损耗。
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分接开关有两种形式：一种只能在断电情况下进行调节，称 为无载分接开关-----这种调压方式称为无励磁调压；另一种可以 在带负荷的情况下进行调节，称为有载分接开关-----这种调压方 式称为有载调压。
P2 = 2 SN cos2
第三章 变压器
效率表达式
(1
P0 2 PSN SN c os2 P0 2
PSN
)100%
变压器效率的大小与负载的 大小、功率因数及变压器本身参
数有关。
2.效率特性：
在功率因数一定时，变压器的效
率与负载电流之间的关系η=f(β),称 为变压器的效率特性。
3.6.1 变压器的外特性与电压变化率
一、变压器的外特性
1.负载实验现象：负载电流的大小和性质变化，导致二次端电 压变化，什么原因引起的呢？
2.原因：由于变压器内部存在电阻和漏抗，负载运行时，负载 电流流过变压器内部产生阻抗压降，使二次端电压随负载电流 的变化而变化。
3.外特性定义： 当 U1 U1N Const, cos2 C,U2 f (I2 ) 的关系曲线。
铜损耗分基本铜损耗和附加铜损耗。基本铜损耗是在电流 在一、二次绕组直流电阻上的损耗；附加损耗包括因集肤效应 引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。
铜损耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。
第三章 变压器
二、效率及效率特性
1.效率 效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。
= P2 100%
第三章 变压器
二、电压变化率
定义：是指一次侧加50Hz额定电压、二次空载电压与带负载后
在某功率因数下的二次电压之差，与二次额定电压的比值，即
ΔU U20 U2 U2 N U2
U2N
U2N
电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之一,它大小
反映了供电电压的稳定性。
用相量图可以推导出电压变化率的表达式：
第三章 变压器
3.6 变压器的运行特性
教学内容： 3.6.1 变压器的外特性与电压变化率
3.6.2 变压器的电压调整 3.6.3 变压器的损耗、效率和效率特性
教学目的与要求：
1.掌握电压变化率的概念及变压器外特性的特点 2.掌握变压器的效率特性及效率的计算方法
第三章 变压器
3.6 变压器的运行特性
P1 效率大小反映变压器运行的经济性能的好坏，是表征变 压器运行性能的重要指标之一。
效率计算方法：（1）直接负载法；
（2）间接法（通过空载和短路试验数据进行计算。
1-
p =1-
PFe + PCu
P1
P2 + PFe + PCu
其中
pFe pCu
= =
P0 ( I2
I2N
)2 PSN = 2 PSN
第三章 变压器
3.6.3 损耗、效率及效率特性
一、变压器的损耗 变压器的损耗主要包括铁损耗和铜损耗两种。
铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗。基本铁损耗包括磁 滞损耗和涡流损耗。附加损耗包括由铁心叠片间绝缘损伤引起的 局部涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。
铁损耗与外加电压大小有关，而与负载大小基本无关，故 也称为不变损耗。
小结
教学重点：
1 变压器的外特性及电压变化率 2 变压器效率特性及效率计算
教学难点：
变压器的外特性的特点
作业：
P106：3.31（2）、（3）
0
max
第三章 变压器
令 d ,则0 d
2 m
PSN
=
P0
或 m =
P0 PSN
即当铜损耗等于铁损耗(可变损耗等于不变损耗)时,变压器 效率最大：
max
=
(1-
m
2 P0
SN cos 2
+
2 P0
)100%
为了提高变压器的运行效益，设计时应使变压器的铁 损耗小些。
第三章 变压器
次电压比空载时高.
U
* 2
1.0
当电源电压和负载功率因数一定时,
二次端电压随负载电流变化的规律,即 U2 f(I2 ),称为变压器的外特性.
0
cos(2) 0.8
cos2 1 cos2 0.8Leabharlann I* 2(
)
1.0
第三章 变压器
3.6.2 电压调整
为了保证二次端电压在允许范围之内,通常在变压器的高 压侧设置抽头,并装设分接开关,调节变压器高压绕组的工作匝 数,来调节变压器的二次电压。
式中
β
I2
ΔU
β(R*s
cos 2
X
* s
sin2
)
称为负载系数
I2N
由表达式可知，电压变化率的大小与负载大小、性质及
变压器的本身参数有关。
第三章 变压器
当变压器带阻性负载(2 0)和阻感性负载(2 0)时,ΔU为 正值,这时二次端电压比空载时低;带阻容性负载(2 0)时,ΔU可 能为正,也可能为负值.当X*ssin2 R*scos2时ΔU为负值,说明二