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1、2.4 变压器参数测定变压器参数测定 要用基本方程式、等效电路或相量图分析和计算变压器的运要用基本方程式、等效电路或相量图分析和计算变压器的运行性能，必须先知道变压器的行性能，必须先知道变压器的绕组电阻、绕组电阻、 漏电抗及励磁阻抗漏电抗及励磁阻抗等参等参数。对于一台已制成的变压器，数。对于一台已制成的变压器， 只有通过只有通过实验实验的方法来求取各个的方法来求取各个参数，参数， 即可以通过即可以通过空载试验和短路试验空载试验和短路试验测量并计算变压器的参数。测量并计算变压器的参数。 1. 空载试验空载试验 变压器的空载试验是在变压器空载运行的情况下进行的，变压器的空载试验是在变压器空载运行的
2、情况下进行的， 其其目的是目的是测定变压器的电压比测定变压器的电压比 k、空载电流、空载电流 I0 、空载损耗、空载损耗 P0 和励磁和励磁参数参数Rm、Xm、Zm等。等。 空载试验的线路如图所示，空载试验时，调压器空载试验的线路如图所示，空载试验时，调压器TC加上工频加上工频的正弦交流电源，调节调压器的输出电压使其等于额定电压的正弦交流电源，调节调压器的输出电压使其等于额定电压U1N ，然后测量然后测量U1 、I0 、U20 及空载损耗及空载损耗P0 。 由于空载电流由于空载电流 I0 很小，绕组损耗很小，绕组损耗 I02R 很小，所以认为变压器很小，所以认为变压器空载时的输入功率空载时的输
3、入功率P0 完全用来平衡变压器的铁心损耗，即完全用来平衡变压器的铁心损耗，即 P0 pFe 。 由等效电路可知，变压器空载时的总阻抗由等效电路可知，变压器空载时的总阻抗 01m11mmjjZZZRXRX由于电力变压器中，一般由于电力变压器中，一般 Rm R1，XmX1，因此，因此 Z0Zm ，则有，则有 1m00UZZIFe0m2200 pPRII22mmmXZR201UUk 励磁阻抗励磁阻抗励磁电阻励磁电阻励磁电抗励磁电抗电压比电压比由于由于励磁参数励磁参数 Rm、Xm和和 Zm 与与铁心的饱和程度铁心的饱和程度有关，有关， 当电源电当电源电压变化时，铁心的饱和程度不同，这些参数会发生变化，
4、且随铁压变化时，铁心的饱和程度不同，这些参数会发生变化，且随铁心饱和程度的心饱和程度的增加而减小增加而减小，因此为使测定的参数符合变压器的实，因此为使测定的参数符合变压器的实际运行情况，际运行情况，应取应取额定电压额定电压下的数据来计算励磁参数下的数据来计算励磁参数。空载试验可在高压侧或低压侧进行，考虑到空载试验电压要加到空载试验可在高压侧或低压侧进行，考虑到空载试验电压要加到额定电压，当高压侧的额定电压较高时，额定电压，当高压侧的额定电压较高时，为了便于试验和安全起为了便于试验和安全起见，通常在低压侧进行试验见，通常在低压侧进行试验，而高压侧开路。，而高压侧开路。空载试验在低压侧进行时，其测
5、得的励磁参数是低压侧的，如果空载试验在低压侧进行时，其测得的励磁参数是低压侧的，如果要归算到高压侧，因此必须乘以要归算到高压侧，因此必须乘以 k2 ，将其折算成高压侧的励磁参，将其折算成高压侧的励磁参数。数。空载特性曲线 开路电流和开路功率必须是额定电压时的值，并以此求取激磁参数； 开路试验的特点：电压高、电流小；铁耗大、铜耗小； 若要得到高压侧参数，须归算。mmmmmmXkXRkRZkZ222)(（高压）（高压）高压 2. 短路试验短路试验 变压器的短路试验是在二次绕组短路的条件下进行的，其目变压器的短路试验是在二次绕组短路的条件下进行的，其目的是测定变压器的的是测定变压器的短路损耗（铜损耗
6、）短路损耗（铜损耗）Pk、短路电压短路电压 Uk 和短路参和短路参数数 Rk、Xk、Zk 等。等。 由于短路试验时电流较大（加到额定电流），由于短路试验时电流较大（加到额定电流）， 而外加电压却而外加电压却很低，一般电力变压器为额定电压的很低，一般电力变压器为额定电压的(410)%， 因此为便于测因此为便于测量，一般在高压侧试验，低压侧短路。量，一般在高压侧试验，低压侧短路。 短路试验的线路如下图所短路试验的线路如下图所示。示。 短路试验时，短路试验时， 用调压器用调压器TC 使一次侧电流从零升到额定电流使一次侧电流从零升到额定电流 I1N，分别测量其短路电压，分别测量其短路电压 Uk 、短路
7、电流、短路电流 Ik 和短路损耗和短路损耗Pk ，并记，并记录试验时的室温录试验时的室温（）。）。 由于由于短路试验时外加电压很低短路试验时外加电压很低，主磁通很小，主磁通很小， 所以所以铁耗和励铁耗和励磁电流均可忽略不计磁电流均可忽略不计，这时输入的功率（短路损耗），这时输入的功率（短路损耗）Pk 可认为完可认为完全消耗在绕组的电阻损耗上，即全消耗在绕组的电阻损耗上，即 Pk pCu 。由简化等效电路，根。由简化等效电路，根据测量结果，取据测量结果，取 Ik I1N 时的数据计算室温下的短路参数。时的数据计算室温下的短路参数。kkkk1NUUZIICukk22k1N pPRII22kkkXZ
8、R短路阻抗短路阻抗短路电阻短路电阻短路电抗短路电抗短路特性曲线 由于绕组的电阻随温度而变，而短路试验一般在室温下进行，由于绕组的电阻随温度而变，而短路试验一般在室温下进行，故测得的电阻值应按国家标准换算到故测得的电阻值应按国家标准换算到基准工作温度基准工作温度。对。对A、E、B级的绝缘，其级的绝缘，其参考温度为参考温度为75，则换算公式为，则换算公式为对铜线变压器对铜线变压器 对铝线变压器对铝线变压器 这样，在这样，在75时的短路阻抗为时的短路阻抗为 kk75 C234.575234.5RRshCsh7522875228RR22kk75 Ck75 CZRX 另外，短路电流等于额定电流时的短路损
9、耗另外，短路电流等于额定电流时的短路损耗 PkN 和短路电压和短路电压（阻抗电压）（阻抗电压）UkN 也应换算到也应换算到75时的数值，即时的数值，即短路实验时短路实验时，使电流达到额定值时所加的电压使电流达到额定值时所加的电压U1k 称为称为阻抗电压或阻抗电压或短路电压短路电压。常表示为对一次侧额定电压的相对值的百分数，即。常表示为对一次侧额定电压的相对值的百分数，即21Nk75 Ck75 CPI R1Nk75 Ck75 CUI Z1k1N100%kUuU 一般中小型变压器一般中小型变压器uk(410.5)%，大型变压器的，大型变压器的uk(12.517.5)%左右，左右，短路电压短路电压短
10、路电压（阻抗电压）短路电压（阻抗电压）uk是变压器的一个重要参数，标在变压器是变压器的一个重要参数，标在变压器的铭牌上，它的大小反映了变压器在额定负载下运行时，的铭牌上，它的大小反映了变压器在额定负载下运行时， 漏阻抗漏阻抗压降的大小，也反应了短路阻抗的大小压降的大小，也反应了短路阻抗的大小 从运行的角度上看，希望从运行的角度上看，希望uk 值小一些值小一些，使变压器输出电压波动受，使变压器输出电压波动受负载变化的影响小些负载变化的影响小些从限制变压器短路电流的角度来看，则希望从限制变压器短路电流的角度来看，则希望uk 值大一些，值大一些，这样可这样可以使变压器在发生短路故障时的短路电流小一些
11、。以使变压器在发生短路故障时的短路电流小一些。 如电炉用变压如电炉用变压器，器， 它的它的uk值设计得比一般电力变压器的值设计得比一般电力变压器的uk值要大得多。值要大得多。对于三相变压器而言，变压器的参数是指一相的参数，因此只要对于三相变压器而言，变压器的参数是指一相的参数，因此只要采用相电压、相电流、一相的功率（或损耗），即每相的数值进采用相电压、相电流、一相的功率（或损耗），即每相的数值进行计算即可。行计算即可。注：短路实验是在高压侧实施的，如果要折算到低压侧，要除以注：短路实验是在高压侧实施的，如果要折算到低压侧，要除以K2 缓慢增加短路电压，使短路电流不超过一次侧的额定电流； 短路试
12、验的特点：电压低、电流大；铁耗小、铜耗大； 短路电阻需要进行温度换算。2.5 标幺值标幺值 在工程计算中，常用标幺值来表示，用物在工程计算中，常用标幺值来表示，用物理量加理量加“*”来表示。来表示。定义：基值的选取：取各物理量的基值的选取：取各物理量的额定值额定值。基值实际值标幺值相对值相对值基值一次测二次侧电压U1bU1NU2bU2N电流I1bI1NI2bI2NNNNNIIIUUUIIIUUU22*222*211*111*1,对于电路，四个基本量对于电路，四个基本量U，I，Z和和S中，有两个量可以任意中，有两个量可以任意选定，其它两个可以导出。选定，其它两个可以导出。对于变压器而言，常用对于
13、变压器而言，常用额定值额定值作为基值。作为基值。NNbNNbIUZIUZ222111二次侧：一次侧：NNbNNbUIZZZZUIZZZZ22222*211111*1NNbNNbUIRZRRUIRZRR22222*211111*1NNbNNbUIXZXXUIXZXX22222*211111*1NbSS2*22*2*22*12*1*12*22*22*21*11*11*1,QPSQPSSQQSPPSSSSQQSPPSSSNNNNNN*00.050.1750.020.09kUI1*2*2*1*1NNNNUIUI各物理量额定值的标么值为各物理量额定值的标么值为1与变压器容量大小无关与变压器容量大小无关*
14、22222121212*222/1UUUUUkUUUkUUUUUUbNNNb：例*2222222222221112112212*222/2RZRUIRUIURkUIURUIRkZRRRRbNNNNNNNNNNb：例无需归算同一物理量，归算前后标幺值相等无需归算同一物理量，归算前后标幺值相等I*20：空载运行 I*21：满载运行 I*20.5：半载运行 I*20.7：轻载运行 I*21.2：过载运行 l没有量纲，物理概念模糊；l物理意义完全不同的量，标幺值可能相等。共有4类基值：Ub、Ib、Zb、Sb，其中只有两类独立的基值，其它基值可以导出。NNbbbNNbbbbbbIUIUZIUIUZIUZ
15、2222211111，NNNNbbbbbbbIUIUIUIUIUS221122112.6变压器的运行特性变压器的运行特性 变压器的二次侧相当于一个电源。对于电源，我们所关心的变压器的二次侧相当于一个电源。对于电源，我们所关心的运行性能是它的运行性能是它的输出电压输出电压与与负载电流负载电流之间的关系，即一般所说的之间的关系，即一般所说的外特性，外特性，以及变压器运行时的以及变压器运行时的效率特性效率特性。 一、变压器的外特性和电压调整率一、变压器的外特性和电压调整率 由于变压器内部存在电阻和漏电抗，因此负载运行时，当负由于变压器内部存在电阻和漏电抗，因此负载运行时，当负载电流流过二次侧时，变压
16、器内部将产生阻抗压降，使二次侧端载电流流过二次侧时，变压器内部将产生阻抗压降，使二次侧端电压随负载电流的变化而变化，这种变化关系可用变压器的外特电压随负载电流的变化而变化，这种变化关系可用变压器的外特性来描述。性来描述。变压器的外特性变压器的外特性是指一次侧的是指一次侧的电源电压电源电压和二次侧和二次侧负载负载的功率因数的功率因数均为均为常数时，常数时，二次侧二次侧端电压端电压随随负载电流负载电流变化的规律变化的规律，即即 U2 = f ( I2 ) 。超前超前滞后滞后变压器带负载运行时，二次侧端电压的变化程度通常用变压器带负载运行时，二次侧端电压的变化程度通常用电电压调整压调整(变化变化)率
17、率来表示。来表示。二次侧的空载电压就是额定电压。二次侧的空载电压就是额定电压。所谓所谓电压电压调整调整率是指：率是指：当一次侧接在额定频率和额定电压当一次侧接在额定频率和额定电压的电网上，负载功率因数一定时，的电网上，负载功率因数一定时，从空载从空载到到负载运行负载运行时二时二次侧端电压的次侧端电压的变化量变化量 U 与与额定电压额定电压的百分比，用的百分比，用U 表表示，即示，即2022N22N2N2N2021N22N1N100%100%100%()100%100%*UUUUUUUUUk UUUUUk UU电压调整率实用公式电压调整率实用公式 可用等效电路及相应向量图算出，等效电可用等效电路
18、及相应向量图算出，等效电路如下图示路如下图示RkXkZLU1-U2I2122kkUIRjXU902kI R,2I2U22kj IX1U写出相应的电势方程为写出相应的电势方程为 作延长线作延长线AB及垂线及垂线CB U1和和U2的差为的差为a+b2kI R2I2U22kj I X1UABCab22221N222221N1N2N22222N1N22221N1N2N2N2N2N *222*22cos,sin,cos+sin=Icos+sin=IX=cos+sinIIII=Icos+Xsin=Icos+XsinkkkkkkkkkkkkaI RbI XUUI RI XUUUI RI XURIIUURR所
19、以（）（） 电压调整率是变压器的重要指标，与电压调整率是变压器的重要指标，与3个因素有关个因素有关（1）负载大小，用）负载大小，用I*来反映来反映（2）负载性质，用）负载性质，用cos 2来表示来表示（3）变压器本身的漏阻抗，用）变压器本身的漏阻抗，用R*K和和X*K来表示来表示 当为感性负载时，当为感性负载时， 2为正，为正， U0, 当为容性负载时，当为容性负载时， 2为负，为负， U0:感性感性2U2I20:感性感性2U2I20:容性容性 二、变压器的效率特性二、变压器的效率特性 1变压器的损耗变压器的损耗 变压器在能量传递的过程中会产生损耗，由于变压器是静止变压器在能量传递的过程中会产
20、生损耗，由于变压器是静止的电器，因此变压器的损耗仅有的电器，因此变压器的损耗仅有铜损耗铜损耗pCu 和和铁心损耗铁心损耗 pFe两大两大类。类。 （1）铜耗）铜耗 变压器的绕组都有一定的电阻，当电流流过绕组时变压器的绕组都有一定的电阻，当电流流过绕组时就要产生绕组损耗，称之为铜损耗，即铜耗就要产生绕组损耗，称之为铜损耗，即铜耗 pCu。铜耗的大小取。铜耗的大小取决于负载电流和绕组电阻的大小，决于负载电流和绕组电阻的大小， 因而是因而是随负载的变化而变化随负载的变化而变化，故称之为故称之为可变损耗可变损耗。 由于短路试验时外电压很低，铁心中磁密很低，因此铁耗可由于短路试验时外电压很低，铁心中磁密
21、很低，因此铁耗可以略去不计，所以短路损耗主要是铜耗。这样在一定负载下，变以略去不计，所以短路损耗主要是铜耗。这样在一定负载下，变压器的铜耗压器的铜耗 pCu 为为2222*2Cu2sh2Nsh2shN2N()IpI RIRIPI （2）铁耗）铁耗 由于铁心中的由于铁心中的磁通是交变磁通是交变的，所以在铁心和结构的，所以在铁心和结构件中要产生磁滞损耗和涡流损耗，件中要产生磁滞损耗和涡流损耗， 统称为统称为 铁心损耗，铁心损耗， 即铁耗即铁耗 pFe 。当电源电压。当电源电压 U1 一定时，铁耗基本上可认为是恒定的，故一定时，铁耗基本上可认为是恒定的，故称之为称之为不变损耗不变损耗，它与，它与负载
22、电流的大小和性质无关负载电流的大小和性质无关。 由于变压器空载时空载电流由于变压器空载时空载电流 I0 和绕组电阻都较小，因此空载和绕组电阻都较小，因此空载时的绕组损耗很小，可以略去不计，所以空载损耗主要是铁耗，时的绕组损耗很小，可以略去不计，所以空载损耗主要是铁耗，即即常值0FePp因此，变压器的总损耗为因此，变压器的总损耗为2*CuFe2shN0PppI PP 短路损耗 2变压器的效率变压器的效率 变压器的效率变压器的效率 是指它的是指它的输出功率输出功率 P2 与输入功率与输入功率 P1 的比值，的比值，它是变压器的一个重要指标。它是变压器的一个重要指标。 变压器的原边从电网吸取有功功率
23、变压器的原边从电网吸取有功功率P1，其中很小的一部分消，其中很小的一部分消耗于原边的电阻和铁心上，它们分别称为铜耗耗于原边的电阻和铁心上，它们分别称为铜耗pcu1和铁耗和铁耗pFe,其它其它部分通过电磁感应传送给副边，称为电磁功率部分通过电磁感应传送给副边，称为电磁功率PM，有，有)(11FecuMppPP副边获得的电磁功率减去副边的铜耗副边获得的电磁功率减去副边的铜耗pcu2，其它的输出给负载。因，其它的输出给负载。因此变压器的输出功率为：此变压器的输出功率为：22cuMpPP%10012PP变压器的效率为：变压器的效率为： 由于变压器的电压变化率很小，因此，如果不考虑负载时输由于变压器的电
24、压变化率很小，因此，如果不考虑负载时输出电压出电压U2 的变化，即认为的变化，即认为U2U2N ，当采用相值计算时，则有，当采用相值计算时，则有 *22N2222N2N22N2coscoscosPmUII mUII SFecuppPP21因为%100*)1 (%100*%100*22212FecuFecuFecuppPppppPPPP可得到变压器效率的实用计算公式可得到变压器效率的实用计算公式22*02shN*2N202shN1100%cosPI PI SPI P注：对已经制成的变压器，空载损耗和短路损耗是一定的。注：对已经制成的变压器，空载损耗和短路损耗是一定的。 3效率特性效率特性 当变压
25、器工作在负载功率因当变压器工作在负载功率因数数 cos 2 常值常值 的条件下，其效的条件下，其效率率 与负载系数与负载系数 之间的关系，之间的关系，即即 = f ( ) 曲线，曲线， 称为变压器称为变压器的效率特性。从图中可以看出，的效率特性。从图中可以看出，变压器空载时，输出功率为变压器空载时，输出功率为0，此时效率也为此时效率也为0，而当负载较小，而当负载较小时，空载损耗占输入功率的比值时，空载损耗占输入功率的比值增大，所以效率较低，随着负载增大，所以效率较低，随着负载增加，输出功率增大，效率上升，增加，输出功率增大，效率上升，而当超过某一负载时，铜耗与而当超过某一负载时，铜耗与I*2成
26、正比增大，效率反而下降。成正比增大，效率反而下降。可知，当可知，当可变损耗可变损耗与与不变损耗不变损耗相等时，效率达最大值，由此可得到相等时，效率达最大值，由此可得到产生变压器最大效率时的产生变压器最大效率时的负载系数负载系数 m为为shN0mPP 由于电力变压器常年接在电网上运行，铁耗总是存在，而铜耗由于电力变压器常年接在电网上运行，铁耗总是存在，而铜耗随负载的变化而变化，同时变压器不可能一直在满载下运行，因此，随负载的变化而变化，同时变压器不可能一直在满载下运行，因此，为了使总的经济效果良好，为了使总的经济效果良好，铁耗应相对小些铁耗应相对小些，所以一般电力变压器，所以一般电力变压器取取 P0/PshN =1/41/2，故最大效率，故最大效率 max 发生在发生在 m0.50.7 范围内。范围内。2shN0*IPP020max0022cos216 . 05 . 00PSPPPPPddNmkNmkN时，即当