电气工程师 公共基础科目 第45讲 第二十六章：变压器(五)(2010年新版)

26.4 变压器的参数测定方法 26.4.1 空载实验（1）目的：通过测量空载电流和一、二次电压及空载功率来计算变比、空载电流百分数、铁损和励磁阻抗。

（3）要求及分析1）低压侧加电压，高压侧开路；2）电压1U 在0~1.2N U 范围内单方向调节，测出20U 0I 和0P ，画出)(10U f I =和)(10U f P =3）忽略1R 和1X ，即Fe p P =0 4）励磁参数计算201202002001010U U k x r z x r I p r Z Z Z I U Z mm m m =≈-=≈=≈+==5）对实验的讨论①空载试验在任何一方做均可，在低压侧加电源，所测参数为低压侧的值，高压侧参数是低压侧的k 2倍。

②200m FeP I R p ==空载损耗即铁耗，也叫作不变损耗。

③三相变压器所求参数为每相的值。

④Rm 和Xm 是随电压的大小而变化的，故取对应额定电压时的值。

⑤2.0cos 0<ϕ，很低，为减小误差，应采用低功率因数表。

26.4.2 稳态短路实验1.目的求短路参数：测短路电流I K 、短路电压U K 及短路功率P K ，计算短路电压百分值U K (%)，铜损耗Cu p ，和短路阻抗Z k =R k +j X k 。

2.接线：通常高压侧加压，低压侧短路。

3.试验方法：①高压侧接电源，低压侧短接，②电压由0～↑，使I k =0～1.2I N ，分别测出I k 对应的U k 及P k ； ③可得I K =f (U K )，线性；P K =f (U K )，抛物线。

*注意测取I k =I N 时的I 0和P 0。

*短路的实质：就是间接的测定变压器的内电压损失和内电路损失。

4.对试验数据的处理： ①Cu K K p p p ≈=K Cu Fe Cu p p p p =+≈，∵电源电压很低0Fe p ≈)②由简化等效电路，得K K K U Z I =；2K K Kp R I =；K x =*对T 型等效电路一般认为：K R R R 2121='≈；K X X X 2121='≈σσ ③ 温度折算：线圈电阻与温度有关，国标规定向75℃换算； 对铜线：K C K r r θ++=︒2357523575∴ 227575K C K C K x r z +=︒︒4.对实验的讨论①在高压侧加电压，在高压侧看参数，不需要折算。

②短路损耗：2K KK cu P I R p =≈（线是铜的）短路损耗为变压器的铜耗，又称变压器的可变损耗（变压器工作时电流是变化的）。

③三相变压器必须使用一相的值，对三相变压器求参数为每相值。

小结：变压器空载短路实验求参数。

空载时：P 0≈p Fe 称为不变损耗。

N U 不变→0I 不变→Fe p 不变接在恒压电网上。

短路时：2K cu KK P p I R ==可变耗，负载的电流时变化的。

* 2KN NK P I R = K N I I =时的损耗。

* ~KN K N U I I =所对应的短路电压。

26.5 变压器的运行性能①电压变化率（电压调整率） 有两项指标②变压器的运行效率一、电压变化率 (voltage regulation factor) 1. 原因：内部漏阻抗压降的影响；2. 定义式：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。

％％％％1001001001212222220⨯'-=⨯-=⨯-=∆NNNN N U U U U U U U U U U3. 参数表达式：由简化相量图，可得： ab U U N ='-21 OP212121sin cos ϕϕk k X I R I ab +=于是 %100100121⨯≈⨯'-=∆OPab U U U U N N ％％ %100sin cos 12121⨯+=Nk k U X I R I ϕϕ%100)sin cos (2*2*⨯+=ϕϕβk k X R%100)sin cos (%2*2*⨯+=∆ϕϕβk k X R U式中：＊22211I I II I NN ===β 称为负载系数，直接反应负载的大小。

0=β，I 2=0表示空载运行；1=β，I 2=I 2N 表示满载运行；1>β I 2>I 2N 表示过载运行。

4．对u ∆的讨论（影响Δu 的因素）： ①正比于负载大小β；②正比于短路阻抗标么值K R *，*K X ；当负载一定短路阻抗的标么值越大，电压变化率u ∆也越大。

③正比于负载性质2ϕ。

带阻感性负载20ϕ>，0u ∆>表示二次端电压较空载时低，表示电压降低率。

带阻容性负载20ϕ<，0u ∆<可能，表示二次端电压较空载时高，表示电压升高率。

二、变压器的电压调节（voltage regulation of transformer ） 1. 通过改变高压侧分接头（即改变高压侧线圈的匝数）来调压。

2. 分接头：⎩⎨⎧⨯±±%5.22%51122U N K U N ==，1U C =，2N C =，21U K N ↑⇒↓⇒↓ 3. 调压方法：⎩⎨⎧有载调压无激磁调压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。

三、运行效率（一）损耗及输出功率损耗⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧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。

输出功率：22222N 222N 2N 2N 2cos cos cos cos P U I U I U I S ϕϕβϕβϕ==== 在考虑效率的时候忽视U 2的变化，认为22N U U =。

（二）运行效率：%10012⨯=P P η %100)1(%100)1(21⨯+++-=⨯-=∑CuFe CuFe p p P p p P p η令：Fe 0p p =222Cu KN KN 2N()I p P P I β== 22N 222N 2N 2N 2cos cos cos P U I U I S ϕβϕβϕ===∴ %100)cos 1(20220⨯+++-=kNN kNP P S P P βϕββη**结论：效率大小与负载大小β、性质φ2及铁损（空载损耗）P 0和铜损β2P kN (短路损耗)有关。

对已制成的变压器P 0和P kN 是常数，变压器的效率仅于负载大小和性质有关。

（三）效率特性：)(βηf =当U 1=U 1N ，cos φ2=C 时，变压器效率和负载系数之间的关系，称之为变压器的效率特性。

最大效率：令：0=βηd d得m β= 即kNm P P 0=β或02P P kN m =β （或铜损==铁损）时，有0max N 2021cos 2m p S p ηβϕ=-+**说明：变压器的铁损总是存在，而负载是变化的，为了提高变压器的经济效益，提高全年效益，设计时，铁损应设计得小些，一般取0.5~0.6m β=，对应的KN p 与0p 之比为3～4。

例1 一台9S 系列三相电力变压器，高低压侧均为Y 接，kV A 200=N S ， kV 4.01021=N N U U ，A 7.28855.1121=N N I I 。

在低压侧加额定电压做空载试验，测得W 4700=P ，A 2.5018.020=⨯=N I I ，求激磁参数。

解 计算高低压侧额定相电压V 5.5773310103311=⨯==NN U U φV 9.2303400322===N N U U φ 变比 259.2305.577321===NN U U K φφ空载相电流 A 2.5020==I I φ 每相损耗 W 7.1563470300===P P φ 低压侧激磁阻抗 Ω==='4.442.59.230202φφI U Z N m低压侧激磁电阻 Ω==='8.52.57.15622200φφI P R m低压侧激磁电抗 Ω=-='-'='448.54.442222m mm R Z X 以上参数是从低压侧看进去的值，现将它们折算至高压侧Ω=⨯='=277504.442522mm Z K Z Ω=⨯='=27500442522mm X K X Ω=⨯='=36258.52522mm R K R在高压侧施加额定电压时，A 208.055.11018.010=⨯=φI ，空载损耗为W 4703625208.03321001=⨯⨯==m R I P φ可见，在高、低压侧施加额定电压做空载试验时，空载损耗相等。