变压器的外特性电压变化率及调压
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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
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
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
供配电中主要的电气设备7645
1-
p =1-
PFe + PCu
P1
P2 + PFe + PCu
其中，
pFe pCu
= Po = ( I2
I2N
)2 PSN
=
2
PSN
P2 = SN cos2
6.1 变压器的选择
变压器的运行特性 2. 变压器效率特性 (1)效率
P2的计算： 若忽略副绕组电压接负载时的变化，则：
①单相变压器
6.1 变压器的选择
变压器的运行特性
1. 电压变化率和外特性 （3）电压调整
电压调整有两种方式，根据分接开关种类的不 同分为无励磁调压和有载调压。利用无载分接开关 进行调压称为无励磁调压；利用有载分接开关进行 调压称为有载调压。
6.1 变压器的选择
变压器的运行特性
1. 电压变化率和外特性 （3）电压调整
示。
max
0
6.1 变压器的选择
变压器的连接与容量的选择
1. 变压器的联结组别
电力变压器的联接组别，是指变压器一、二次 侧（或一、二、三次侧）对应的线电压之间的不同 相位关系。变压器三相绕组有星型联结（Y，y连 接）、三角形联结（D，d连接）与曲折联结（Z， z连接）等三种联结法。
6.1 变压器的选择
2. 变压器效率特性 (1)效率
变压器的效率是指变压器的输出功率与输入功 率的比值。
= P2 100%
P1
P2 P1 p
式中，P2——副绕组输出的有功功率； P1——原绕组输入的有功功率； p——代表变压器的总损耗。
6.1 变压器的选择
变压器的运行特性
2. 变压器效率特性
(1)效率 效率公式还可以写成：
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。
工厂供配电知识点变压器的外特性及电压调节
工厂供配电知识点变压器的外特性及电压调节变压器是工厂供配电系统中重要的设备之一，主要用于电能的传输和变换。
在工厂供配电的过程中，变压器的外特性及电压调节是需要了解和掌握的知识点。
下面将详细介绍变压器的外特性和电压调节。
一、变压器的外特性1.开路特性：变压器的开路特性是指在载流量为零时，变压器二次侧开路电压与一次侧电压的关系。
开路特性可通过实验方法测得，通常以开路试验来确定。
2.短路特性：变压器的短路特性是指当变压器的一次侧短路，二次侧接负载时，变压器的电压与电流之间的关系。
短路特性可通过实验方法测得，通常以短路试验来确定。
3.额定容量：变压器的额定容量是指变压器可连续工作的最大容量，也是变压器选择和设计的重要参数。
额定容量与变压器的输出功率直接相关。
4.空载损耗：变压器的空载损耗是指变压器在无负载运行时的损耗，包括铁心损耗和电流损耗。
5.负载损耗：变压器的负载损耗是指变压器在负载运行时的损耗，主要由铜损耗和铁心损耗组成。
二、电压调节电压调节是指在负载变动或系统电压波动时，变压器能够稳定输出额定的电压。
电压调节主要分为静态调压和动态调压两种。
1.静态调压：静态调压是指在变压器负载不变的情况下，通过调节一次侧电压来实现输出电压的稳定。
静态调压主要通过变压器的变比来实现，通过调节变比，可以改变变压器的输出电压。
2.动态调压：动态调压是指在变压器负载变动或系统电压波动的情况下，通过自动控制来调整变压器的输出电压，使其保持稳定。
动态调压主要通过自动稳压器来实现，自动稳压器根据输出电压的变化，调节变压器的变比或输入电压，以实现电压的稳定。
电压调节的目的是为了保持变压器的输出电压稳定，以保证工厂供配电系统正常运行。
在实际应用中，需要根据变压器的负载情况和系统电压波动情况进行合理的电压调节设计，以实现稳定的供电。
综上所述，变压器的外特性及电压调节是工厂供配电中重要的知识点。
了解变压器的外特性，可以帮助正确选择和设计变压器，并保证变压器的正常运行。
电机与电气控制技术 第4版 第一章 变压器
三、电力变压器的基本结构
第一章
电力变压器主 要由铁心、绕 组、绝缘套管、 油箱及附件等 部分组成。
2024/6/7
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第一章
四、电力变压器的额定值与主要系列
（一）电力变压器的额定值
1．额定容量 SN
SN单 U N1IN1 U N2IN 2
SN三 3UN1IN1 3UN2IN2
I10 I10P I10Q
2024/6/7
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五、变压器 空载运行时 的相量图
第一章
2024/6/7
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第一章
第三节 单相变压器的负载运行
一、负载运行时的各物理量
2024/6/7
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第一章
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第一章
二、感应电动势与漏磁电动势
（一）感应电动势
E1 j4.44 fN1 m E2 j4.44 fN 2 m
（二）漏磁电动势
E 1
j
N1 2
1m
jI10L1
jI10 X1
2024/6/7
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第一章
三、空载运行时的电动势平衡方程式和电压比
末端 X、Y、Z x、y、z
中性点 N n
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（一）三相变压器绕组的联结法
第一章
（二）三相变压器的联结组 三相变压器的联结组标号采用“时钟序数表示法”。
2024/6/7
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（三）高低压绕组相电动势的相位关系 1、同名端与同名端的规定
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：
弧焊变压器外特性及调节特性的测定
If(A) 20V应该注意）下进行。
BX2-300，BX2-500等各一台；
Uf(V) （1）接线：接线参考图1进行。
调好电源泉电压，切断K1，准备实验。
（调3节）负弧载焊电变阻压R备器f，调使注节其特阻性值测由定大至小（则电流If就由小到大逐渐增加）同时从电流表A2及电压表V2读出一一对应的电流If及电压值Uf；
20V应该注意）下进行。 表2 实验结果记录表
2. 掌握弧焊变压器的两种特性测定方法。 实验方法：首先K1将接通电源泉，K2接至“负载，将Rf调至某一适当大的阻值。
动铁分磁式弧焊变压器BX1-330或BX2-500（BX500） （3）区分初级、次级及电抗绕组； 接线经检查无错误，方可经K1通电源进行实验，由电压表V1观察电源电压变化，实验应在弧焊变压器额定输入电压（380V，有的为 20V应该注意）下进行。 整理观察弧焊变压器的记录及特殊收获； （4）所有实验数据，经检查无误时，方可将实验线路恢复原始状态。 然后借助于调节机构改变I的数值，求出对应的短路电流Id（即K2接通时的电流表A2的读数），将I和Id数值意义对应列入表2。
（2）实验方法： 首先借行下列实验；
① 合上开关K1，接通电源，从电压表V1读出空载电压，然后 将开关换至K2“负载”。
② 调节负载电阻Rf，使其阻值由大至小（则电流If就由小到 大逐渐增加）同时从电流表A2及电压表V2读出一一对应的 电流If及电压值Uf；
③ 合上K2将弧焊变压器短路，从电流表A2读出短路电流值， 记录所有实验数据列于表1中。
三、实验内容和方法
（4）名绕组间I、f(绕A组)与铁心间的绝缘；
（4）所有实验数据，经检查无误时，方可将实验线路恢复原始状态。
Uf(V) 观察几种弧焊变压器的构造
BX2-300，BX2-500等各一台；
Uf(V) （1）接线：接线参考图1进行。
调好电源泉电压，切断K1，准备实验。
（调3节）负弧载焊电变阻压R备器f，调使注节其特阻性值测由定大至小（则电流If就由小到大逐渐增加）同时从电流表A2及电压表V2读出一一对应的电流If及电压值Uf；
20V应该注意）下进行。 表2 实验结果记录表
2. 掌握弧焊变压器的两种特性测定方法。 实验方法：首先K1将接通电源泉，K2接至“负载，将Rf调至某一适当大的阻值。
动铁分磁式弧焊变压器BX1-330或BX2-500（BX500） （3）区分初级、次级及电抗绕组； 接线经检查无错误，方可经K1通电源进行实验，由电压表V1观察电源电压变化，实验应在弧焊变压器额定输入电压（380V，有的为 20V应该注意）下进行。 整理观察弧焊变压器的记录及特殊收获； （4）所有实验数据，经检查无误时，方可将实验线路恢复原始状态。 然后借助于调节机构改变I的数值，求出对应的短路电流Id（即K2接通时的电流表A2的读数），将I和Id数值意义对应列入表2。
（2）实验方法： 首先借行下列实验；
① 合上开关K1，接通电源，从电压表V1读出空载电压，然后 将开关换至K2“负载”。
② 调节负载电阻Rf，使其阻值由大至小（则电流If就由小到 大逐渐增加）同时从电流表A2及电压表V2读出一一对应的 电流If及电压值Uf；
③ 合上K2将弧焊变压器短路，从电流表A2读出短路电流值， 记录所有实验数据列于表1中。
三、实验内容和方法
（4）名绕组间I、f(绕A组)与铁心间的绝缘；
（4）所有实验数据，经检查无误时，方可将实验线路恢复原始状态。
Uf(V) 观察几种弧焊变压器的构造
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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。
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。 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
3.6 变压器的运行特性
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,U 2 f ( I 2 ) 的关系曲线。
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 U 20 U 2 U 2 N U 2 ΔU U2 N U2 N 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
3.6.2 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 压侧设置抽头器的二次电压。
中、小型电力变压器一般有三个分接头，记作UN ±5%。大型电力变压器采用五个或多个分接头,例UN ±2×2.5%或UN ±8×1.5%。
式中 β I 2 称为负载系数 I2N
* ΔU β(R* cos X s 2 s sin2 )
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 , U为 正 值, 这 时 二 次 端 电 压 比 空 时 载 低; 带 阻 容 性 负 载 ( 2 0 )时 , U可 * 能 为 正, 也 可 能 为 负 值 .当 X * sin R ,说 明 二 s 2 s cos 2时U为 负 值 次电压比空载时高 .
* U2
cos(2 ) 0.8 cos2 1
cos 2 0.8
* I2 ( )
1.0
当 电 源 电 压 和 负 载 功因 率数 一 定 时, 二 次 端 电 压 随 负 载 电 变 流化 的 规 律,即U 2 f ( I 2 ), 称 为 变 压 器 的 外 特 性.
0
1.0