122变压器的外特性和电压变化率
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
变压器电压调整率和外特性
一、变压器的外特性
当变压器电U源1 电压 和负载c功os率2 因数
等于常数时，二U次2 侧端压
I2 随负载电流
的变
化规律，即U2 = f(I2)曲线称为变压器的外特性曲线
。
•变压器负载运行时，由于变压器内部 存在电阻和漏抗，故负载电流在变压器 内部产生阻抗压降，使二次侧端电压随 负载电流的变化而发生变化。
一、变压器的外特性
变压器二次电压的大小不仅与负载电流的大小有 关，还和负载的功率因数有关。
当纯电阻负载和感性负载时，外特性是下降的； 容性负载时，外特性可能上翘。
二、电压调整率
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 比值的百分数，即
二、电压调整率
(3)一般情况下，额定负载下，功率因数为指定时（通常为0.8滞后）
的电压调整率U N 为额定电压调整率U。N 是变压器的主要性能指标
之一。通常U N 5%
左右，所以电力变压器的高压绕组均
为有+5%的抽头，以便进行电压调整。
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。
co2 s02 1 2 0
sin 2 0 u很小
cos
2和s
in
均为正。
2
u较大
sin 2 0, cos2 0
如 rK*cos2
X
* K
sin 2
u为负
二、电压调整率
说明：
(及1)变电压压器调本整身率的的参大数小（与负载大小（ ）、负）载有性关质。（ 2 ）
ΔU U 20 U 2 U 2 N U 2
U2N
电机与电器控制技术课后习题答案
第1章直流电机及电力拖动习题答案1.简述直流电动机的工作原理、主要结构及各部分的作用。
答：1）直流电动机的工作原理：直流电动机的工作原理是基于电磁力定律的。
若磁场B x与导体互相垂直，且导体中通以电流i，则作用于载流导体上电磁力f。
此电磁力与转子半径之积即为电磁转矩。
该电磁转矩使电动机旋转。
通过换向器和电刷的作用，流经线圈的电流方向改变，这样导体所受的电磁力方向不变，从而保持电动机沿着一个固定的方向旋转。
2）直流电机主要由定子和转子部分组成。
定子主要由主磁极、机座、换向磁极、电刷装置和端盖组成。
主磁极的作用是产生恒定、有一定空间分布形状的气隙磁通密度。
整体机座是用导磁效果较好的铸钢材料制成，该种机座能同时起到导磁和机械支撑作用。
换向极用来改善直流电机的换向。
电刷装置把电机电枢中的电流与外部静止电路相连或把外部电源与电机电枢相连。
电刷装置与换向片一起完成机械整流，把电枢中的交变电流变成电刷上的直流或把外部电路中的直流变换为电枢中的交流。
2.直流电机的电枢绕组的连接方式中单叠绕组和单波绕组各有何特点？答：单叠绕组的特点是相邻元件相互叠压，合成节距与换向节距均为1，即y=y k=1。
单叠绕组有以下特点：1）同一主磁极下的元件串联在一起组成一个支路，这样有几个主磁极就有几条支路，主磁极对数等于之路对数，p =a。
2）电刷数等于主磁极数，电刷位置应使支路感应电动势最大。
3）电刷间电动势等于并联支路电动势，即等于每条并联支路中每根导体电动势之和。
4）电枢电流等于各并联支路电流之和。
单波绕组：线圈连接呈波浪形，所以称作波绕组。
单波绕组直接相连的两个线圈的对应边不是在同一个主磁极下面，而是分别处于相邻两对主磁极中的同极性的磁极下面，合成节距约等于两个极距。
单波绕组只有一对并联支路，支路对数与磁极对数p无关，即a=1。
3.直流电机的励磁方式有几种？画图说明。
答：励磁方式分为他励、并励、串励和复励。
a)b)c)d)a）他励b）并励c）串励d）复励4.什么是电枢反应，对电机有何影响？答：电枢磁场对主磁场的影响称为电枢反应。
变压器基本工作基础学习知识原理
第1章 变压器的基本知识和结构1.1变压器的基本原理和分类一、变压器的基本工作原理变压器是利用电磁感应定律把一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能。
变压器工作原理图当原边绕组接到交流电源时，绕组中便有交流电流流过，并在铁心中产生与外加电压频率相同的磁通，这个交变磁通同时交链着原边绕组和副边绕组。
原、副绕组的感应分别表示为dt d N e Φ-=11 dtd Ne Φ-=22 则k N N e e u u ==≈212121 变比k ：表示原、副绕组的匝数比，也等于原边一相绕组的感应电势与副边一相绕组的感应电势之比。
改变变压器的变比，就能改变输出电压。
但应注意,变压器不能改变电能的频率。
二、电力变压器的分类变压器的种类很多，可按其用途、相数、结构、调压方式、冷却方式等不同来进行分类。
按用途分类：升压变压器、降压变压器； 按相数分类：单相变压器和三相变压器；按线圈数分类：双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器； 按铁心结构分类：心式变压器和壳式变压器；按调压方式分类：无载（无励磁）调压变压器、有载调压变压器； 按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器和干式变压器等；按容量大小分类：小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器。
三相油浸式电力变压器的外形,见图1，铁心和绕组是变压器的主要部件，称为器身见图2，器身放在油箱内部。
1.2电力变压器的结构一、铁心1.铁心的材料采用高磁导率的铁磁材料—0.35～0.5mm厚的硅钢片叠成。
为了提高磁路的导磁性能，减小铁心中的磁滞、涡流损耗。
变压器用的硅钢片其含硅量比较高。
硅钢片的两面均涂以绝缘漆，这样可使叠装在一起的硅钢片相互之间绝缘。
2.铁心形式铁心是变压器的主磁路，电力变压器的铁心主要采用心式结构。
二、绕组1.绕组的材料铜或铝导线包绕绝缘纸以后绕制而成。
2.形式圆筒式、螺旋式、连续式、纠结式等结构。
为了便于绝缘，低压绕组靠近铁心柱，高压绕组套在低压绕组外面，两个绕组之间留有油道。
11.2 变压器的工作原理
11.2 变压器的工作原理考纲要求：熟练掌握变压器变换电压、变换电流和变换阻抗的基本关系及其计算。
教学目的要求：熟练掌握变压器变换电压、变换电流和变换阻抗的基本关系及其计算。
教学重点：变压器变换电压、变换电流和变换阻抗的基本关系及其计算。
教学难点：变压器变换电压、变换电流和变换阻抗的基本关系及其计算。
课时安排：4节 课型：复习教学过程：【知识点回顾】一、变换交流电压原绕组外加电压∙1U 后产生 ，空载电流∙0I 通过线圈 ，产生磁动势 ，在其作用下，产生 （设穿过磁路的主磁通Φ= ），则在N 1中产生自感电动势E L1= ，在N 2中产生互感电动势E M2= 。
原绕组中∙1U = ，副绕组中∙2U = 。
在忽略漏磁通的情况下：201U U = 。
二、变换交流电流磁动势平衡方程式： 。
∴电流变换公式 。
（理想的二绕组变压器）三、变换交流阻抗|Z L |= ；|Z 1|= 。
变压器的输入阻抗为Z 1，副边负载的阻抗为|Z L |，则|Z 1|= 。
若Z L =R+jX ，则Z 1=其中R 1= ，X 1= 。
四、变压器的外特性1、定义：（1）变压器空载时，I 2=0，U 2= 。
（2）电阻性负载和电感性负载，U 2随I 2的增加而 ，功率因数越低，U 2下降就越 。
（3）电容性负载，U 2随I 2的增加而 。
2、电压变化率： 。
ΔU= 。
（ΔU 越 越好）【课前练习】一、判断题1、在变压器二次绕组中产生的电动势是互感电动势。
( )2、一个空载变压器，在变换电压的同时，也在变换电流。
( )3、变压器可以改变各种电源的电压。
( )4、变压器用作阻抗变换时，变压比等于一次、二次绕组阻抗的平方比。
( )5、一只440V ／220V 的变压器，可用来把220V 的交流电降到110V 。
( )6、变压器接有负载时，随负载电流I 2增大，变压器二次电压逐渐下降。
( )7、根据变压器的变压比公式：2121N N U U ，此式中的U 2是变压器的满载电压。
变压器的外特性及效率
❖
ΔU％=(U20-U2)/U20×100% (2-18)
❖ 电力变压器的电压调整率约为5％。
❖ 2 变压器的功率与效率
❖ (1) 变压器的功率
❖ 变压器原绕组的输入功率为
❖
P1=U1I1cosφ1 (2-19)
❖ 式中：φ1为原绕组电压与电流的相位差。
❖ 变压器副绕组的输出功率为
❖变压器的外特性及效率
❖ 变压器的外特性及效率是变压器运行时的两个重要问题。
❖ 1 变压器的外特性和电压调整率
❖ (1) 变压器的外特性
❖ 交流供电系统中的用电设备通常要通过变压器接入 电源。在变压器原边接入额定电压U1，副边开路时 的开路电压为U20。变压器副边接入负载后，有电流 I2输出，副绕组中产生电抗压降，根据式(2-15) 可 知，输出电压U2随输出电流I2的变化而变化，即 U2=f(I2)关系称为变压器的外特性，如图2-9所示。
变压器满载时效率在95％以上，大型变压器效率可 达99％。
图2-9〓变压器的外特性曲线
❖ 对电阻性和电感性负载而言，电压U2随电流I2的增 加而下降。外特性的下降程度与负载的功率因数
cosφ有关，功率因数愈低，下降愈剧烈。
❖ (2) 电压调整率
❖ 变压器副绕组电压U2随I2的变化情况，除了用外特 性表示外，还可以用电压调整率ΔU％来表示。如副
绕组的空载电压为U20，当I2增加到额定值I2N时的端 电压为U2，则电压调整率ΔU％可用式(2-18)表示：
变压器负载运行时，电流在原、副绕组电阻上产生
的损耗。变压器中铜损耗的大小与绕组中通过的电
流大小有关。
❖ (2) 变压器的效率
❖ 变压器的效率是指变压器输出的有功功率P2与输入 的有功功率P1的比值，用η表示：
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)
变压器的运行特征
一、变压器的运行特征变压器的运行特征主要有外特征与效率特性，而表征变压器运行性能的主要指标则有电压变化率和效率。
1、电压变化率1）外特性变压器一次侧接上额定电压，二次侧开路时，二次侧空载电压就等于二次侧额定电压，外特性是指一次侧加额定电压，负载功率因数cosφ2一定时，二次侧端电压随负载电流变化的关系，即U2=f (I2)。
变压器在纯电阻和感性负载时，外特性是下降的，而客性负载时可能是上翘的。
2）电压变化率负载电流变化，变压器副边端电压将随着发生变化。
电压调整率是变压器负载时副边端电压变化程度的一种程度。
假定变压器原边接电源电压，副边开路时的端电压为额定值，当副边接入负载后，即使原来电压保持不变，副边端电压不再是额定值，原边电压保持为额定值，负载功率因数为常数，空载和负载的副边端电压之差与副边额定电压的比值，即电压变化的标么值称为电压变化率，用⊿U*表示即⊿U*=(U20-U2)/U2N式中U20—副边空载电压U2—时的副边端电压由于副边空载端电压U20等于副边额定电压U2N，经过折算后，公式1可写成⊿U*=(U20-U2)/U2N=(U'2N-U'2)/U'2N=(U10-U'2)/U1N电压变化率是变压器的主要性能指标之一，负载电流变化时，副边端电压变化的原因，是变压器内部存在电阻和漏抗而引起内部电压降。
副边电压的变化程度，即⊿U*的大小，不仅同变压器本身的阻抗有关，而且与负载的大小和性能有关。
综合上述，负载为感性时，φ2角为正值，故电压变化率为正值，即负载时的副边电压恒比空载电压低；负载为容性，φ2角为负值，故电压变化率有可能为负值，亦即负载时的副边电压可能高于空载电压。
为了保证供电电压的质量，尽可能保持副边电压的稳定，这就需要进行调压。
在电力系统中调压的方法很多，例如调节发电机出口电压，用同步调相机，在负载端并联电容器等。
但采用最多、最普遍的还是变压器调压。
电机与拖动1.6 变压器的运行特性
0
I2N
图1-20 变压器外特性
I2
Page 2
1.6变压器的运行特性
1.6.1电压变化率和外特性
U 2的大小与 I2 有关； 特殊点：I2 0时，U 20 U2N （空载）
一般规律：I2 U2 U2N
U2
为了表征电压随负载电流变化的程度
，可用电压变化率ΔU*表示。电压变 U2N
化率是指在一次侧加额定电压，二次
解：（1-1）直接接入时
电源输出的电流为 I1 Es /(Rs RL ) 8.5 /(72 8) 0.106 (A)
扬声器获得的功率为
P1 I12RL 0.106 2 8 0.09(W)
图1-43 扬声器经变压器接功率放大器
Page 13
【实例1-8】
（1-2）通过变压器接入时
电源输出的电流为 I1 Es /(Rs R) Es /(Rs k 2RL ) 8.5 /(72 32 8) 0.06(A)
I1N
U1N
I1N (rk cosj2 xk sin j2 ) 100% U1N
（1-67）
jI1xk
I1rk
U1 j2
-U2
j1 j2
I1=-I2
式中，β=I1/I1N=I2/I2N，称为变压器 的负载系数。若用标幺值表示，电压变
化率公式为
1-21感性负载的简化等效电路相量图
U * (rk*cosj2 xk*sinj2 ) （1-68） Page 4
标。
Page 3
1.6变压器的运行特性
1.6.1电压变化率和外特性
j2
可根据简化等效电路的相量图（见图 1-21）推导出电压变化率的计算公式，即
《电机与电气控制技术》部分知识点
I1 N1 I 2 N 2 I 0 N1
时的磁动势。
.
.
.
.
.
(1.8)
.
铁芯磁路中的磁动势基本不变，负载时的磁动势近似等于空载
(1.8)式 可以改写成： I1 N1 I 0 N1 （ -） I2 N2
.
.
含义是：原绕组磁动势包括空载磁动势和用于平
衡副绕组的磁动势。 因为空载电流很小，不考虑相位关系，原副绕组电流关系： （1.9） 这反映了变压器的变换电流作用。
；此交变磁通交链于原、副
绕组，使原、副绕组中产生交流电动势 e1 和 e2。 116、若变压器的二次绕组开路（不接负载），叫做变压器的空载运行；若变压器的二次绕组 接 负载 ，叫做变压器的负载运行。 117、变压器的原边副边电压、一次二次绕组匝数、原边副边绕组感生电动势有效值之间有：
U1 E1 N1 （1.3） U 2 E2 N 2
P2 P2 100% 100% P P2 PFe Pcu 1
P PFe Pcu PFe Pcu PFe Pcu 2 100% (1 ) 100% p2 p Fe pcu P2 PFe Pcu
计算变压器的效率时， 可以采用
变压器原绕组的电压 U1 及其频率 f 都保持一定，铁芯中磁通的幅值就基本保障持不变，铁芯中 的磁动势也基本不变。 125、空载时，铁芯磁路中的磁通是由原边磁动势 i0 N 1 产生和决定的。负载时，原边和副边绕组 中 的 电 流 是 i1 、 i2 ， 这 时 候 ， 铁 芯 中 流 通 的 磁 通 是 由 原 副 绕 组 的 磁 通 势 共 同 决 定 的 。
2 个假设：以额定电压下的空载损耗作为铁损耗；并认为铁损耗不随负载变化；一额定电流时的 短路损耗作为额定电流时的铜损耗， 并认为铜损耗与负载电流的平方成正比； 变压器最高效率 的 条件是：铜损耗=铁损耗。 133、自耦变压器，原副绕组公用一部分绕组，原副绕组除有磁的耦合外，又有电的直接联系。实 质上自耦变压器就是利用一个绕组抽头的方法来实现改变电压的一种变压器。工作原理与普通变 压器一样。不能用自耦变压器作为 36V 以下安全电压的供电电源。 134、电焊变压器是一种双绕组变压器， 在副绕组电路中串联一个可变电抗器， 调节其电抗就可调 节焊接电流的大小。 135、专供测量仪表、控制和保护设备用的变压器称为仪用互感器：电压互感器和电流互感器。电 压互感器和电流互感器将电压或电流按一定的比例减小以便于测量，而且将高压电路与测量仪表 电路隔离，以保证安全。为防止互感器原副绕组见绝缘损坏造成危险，互感器的铁芯及副绕组的 一端应当接地。 136、 电压互感器的副边绕组不允许短路；电流互感器的副边绕组不允许开路。 137、钳形电流表利用电流互感器原理工作。 第 20 页变压器绕组同极性端的测定 138、
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越高，△U就越小，因此，提高供电的功率因数也可以减小电压的
波动。
《机床电气控制系统运行与维护》
《机床电气控制系统运行与维护》
学习情境一 电工基础及电动机的认识 1.2 单相变压器
1.2.2 变压器的外特性和电压变化率
《机床电气控制系统运行与维护》 如果变压器的初级的电源电压不变，变压器的负载电流（设为 I2
）增大时，次级内部电压降也增大，次级端电压（设为 U2）随负载电 流增加而下降，这种特性叫变压器的外特性，可用图 1-15表示。
《机床电气控制系统运行与维护》
在一般变压器中，由于其电阻和漏磁感抗很小，电压变化率是不大
的，约为5%左右。电压变化率是变压器的主要性能指标之一，△ U越小
，说明变压器输出电压越稳定，变压器带负载的能力就越强。电力变压
器在额定负载时Biblioteka 电△U为4%~6%。通△U也与负载的功率因数
有
关，
cos?
cos ?
图1-15 变压器的外特性
《机床电气控制系统运行与维护》 通常希望电压U2的变化愈小愈好，从空载到额定负载，次级电
压的变化程度用电压变化率（又称电压调整率）△ U表示，即
? U ? U20 ? U 2 ? 100% U 20
式中，U2为变压器次级输出额定电流 I2e时的输出电压（V）； U20为空载时额定电压（V）。