2.2 单相变压器的运行特性（课件）-《电机与变压器》同步精品课堂（航空工业出版社）

2.2 单相变压器的运行特性 电机与变压器 同步精品课堂（中职专业课） 1 知识目标 掌握变压器的外特性、变压器的电压调整率。 能力目标 掌握并学会运用变压器的损耗和效率等内容。 情感目标 以基础知识、基本概念、基本定律为主 要编写原则，以“必需、够用”为准则来选择和安排知识点，并合理地更新了教学内容。 三维目标 情境引入 问：单相变压器的运行特性 新知学习 一 、变压器的外特性 若 负载电流I₂ 增大，在二次绕组内阻抗压降也会增大，二次绕组的输出电压U₂ 会随之下降。 在二次绕组侧接上负载后，负载电流I₂ 将随负载的变化而变化。 一般情况下，变压器空载运行时，如果一次绕组外加电压 U₁不变，那么二次绕组的 输出电压 U₂也不变。 这种变化关系可以用变压器的外特性曲线来描述。 新知学习 一 、变压器的外特性 当一次绕组外加电压 U₁和负载功率因数cosφ₂ 一定时，二次绕组的输出电压 U₂与负载电流 I₂ 之间的关系叫做变压器的外特性，通常用曲线表示。 新知学习 一 、变压器的外特性 为了使不同容量和电压的变压器的外特性可以相互比较，图中纵坐标用U₂/U₂x 的值表示，横坐标用I₂/I₂x 的值表示，这种值也称为标么值。显然，当一次绕组外加额定电压 Ux 且I₂y=0 时，二次绕组的输出电压U₂=U₂n。 新知学习 一 、变压器的外特性 标么值(又称标幺值)是电力系统分析和工程计算中常用的数值标记方法，表示 各物理量及参数的相对值，单位为pu, 也可以认为其无量纲。 交流电路中的电压与电流之间相位差φ的余弦称为功率因数，用cosφ表示，它 反映了交流电路中功率的利用率。 02 01 知识角 新知学习 一 、变压器的外特性 感性负载：cosφ₂ <1,U₂ 随I₂ 的增大而下降幅度加大。这是由于无功电流滞后， 对变压器磁路中主磁通的去磁作用较强，使E₂ 下降所致。 纯电阻负载：cosφ₂=1,U₂ 随I₂ 的增大而下降，但下降的幅度不大。 02 01 知识角 新知学习 一 、变压器的外特性 负载功率因数是影响变压器外特性的主要因素。 容性负载： cosφ₂ <1且φ₂为负值，U₂ 随I₂ 的增大而增大。这是因为超前的无功 电流在容性负载时有助磁作用，主磁通增加， E₂ 也随着增加。 02 01 知识角 新知学习 二、变压器的电压调整率 一般情况下，变压器的负载多为感性负载。当负载变化时，二次绕组的输出电压也会 发生变化。电压调整率描述了二次绕组输出电压的变化程度，用△U%表示。 新知学习 二、变压器的电压调整率 其定义为： 变压器从空载 (I₂x=0) 到额定负载 (I₂=I₂y) 运行时，二次绕组输出电压的变化量△U 与空载额定电压U₂w的百分比，即 U₂n——变压器空载时二次绕组的额定电压。 U₂——变压器输出额定电流时二次绕组的输出电压。 新知学习 二、变压器的电压调整率 电压调整率是变压器的主要性能指标之一，它的大小反映了电网电压的稳定性。 △U% 越小，说明二次绕组的输出电压越稳定。 新知学习 二、变压器的电压调整率 电压调整率的大小与负载的性质及变压器 本身的参数有关。当负载功率因数cosφ₂ 增大时，电压调整率减小，电压的稳定性提高。 一般电力变压器的电压调整率约为3%～5%。 新知学习 二、变压器的电压调整率 【例】某台电力变压器接通负载后，二次绕组的输出电压为380 V, 它的电压 调整率为5%,试求该变压器二次绕组的额定电压 Uzn。若该变压器将10000V 的高压降 压后对负载供电，试求该变压器的变压比。 新知学习 二、变压器的电压调整率 我国规定：在电力系统中，35kV 以上的电压允许偏差为±5%;10kV 以下的高压供电和动力供电允许偏差为±7%;低压照明设备允许偏差为+5%～-10%。 新知学习 三、变压器的损耗和效率 1. 变压器的损耗 (1)铁损耗PFe 变压器的铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗两部分。 基本铁损耗是铁心中磁滞损耗 与涡流损耗之和，它由硅钢片的质量、磁通交变的频率和铁心中的磁通密度的大小决定， 与输入电流大小无关。 采用硅钢片叠成的变压器一般可以把涡流损耗降低到基本铁损耗的 30%～40%。 附加铁损耗一般为基本铁损耗的15%～20%,主要包括磁通在金属构件中引起的涡流 损耗和由于铁心接缝处磁通分布不均而产生的损耗。 新知学习 三、变压器的损耗和效率 1. 变压器的损耗 (2)铜损耗 Pcu 变压器的铜损耗是随负载电流产生的，也可分为基本铜损耗和附加铜损耗两部分。 基 本铜损耗是由电流流过一、二次绕组而产生的损耗 附加铜损耗是由漏磁通产生的集肤效 应使电流在导体内分布不均匀而产生的额外损耗。 变压器的铜损耗以基本铜损耗为主。 新知学习 三、变压器的损耗和效率 1. 变压器的损耗 (2)铜损耗 Pcu 在某一负载下，变压器的铜损耗表达式为： 新知学习 三、变压器的损耗和效率 2. 变压器的效率 效率是变压器的重要指标之一，其大小为输出功率P₂ 与输入功率 P₁之比，表达式为： 新知学习 三、变压器的损耗和效率 2. 变压器的效率 由能量守恒定律可知，输入功率R=P+P+P,由于变压器的铜损耗Pc 和输出功率 P₂ 都随负载电流 I₂ 的变化而变化，故变压器的效 率也随之变化。 当负载功率因数cosq₂一定时，效率η 随负载电流I₂ 而变化的特性称为变压器的效率特性， 通常用效率特性曲线表示 新知学习 三、变压器的损耗和效率 2. 变压器的效率 通常用效率特性曲线表示，如图所示(图中横坐标用负载系数β表示)。 新知学习 三、变压器的损耗和效率 通过效率特性曲线可知，变压器的负载系数β (I₂) 从零开始增大时，效率η很快达到最大值，随 后缓慢下降。 2. 变压器的效率 经数学分析可知，当变压器的铁损耗等 于铜损耗时，变压器的效率最高，此时β一般位于 0.5～0.6之间。 课堂练习 填空题 1、附加铁损耗一般为基本铁损耗的15%～20%,主要包括磁通在金属构件中引起的涡流损耗和由于铁心接缝处磁通分布不均而产生的损耗。 2、变压器的铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗两部分。 3、基本铁损耗是铁心中磁滞损耗与涡流损耗之和，它由硅钢片的质量、磁通交变的频率和铁心中的磁通密度的大小决定，与输入电流大小无关。 课堂小结 变压器的外特性 变压器的电压调整率 1 2 变压器的损耗和效率 3 课堂小结 1. 简述变压器的外特性？ 2. 简述纯电阻负载？ 3. 简述变压器的电压调整率？ 作业布置 感谢观看 $$