1.4 变压器的外特性和电压调整率与变压器的空载试验和短路试验（课件）-《电机与变压器》同步精品课堂（高等教育出版社）

1.4 变压器的外特性和电压调整率与变压器的空载试验和短路试验 同步精品课堂 电机与变压器 高教版 1 学习目标 掌握变压器的外特性 了解变压器的电压调整率 掌握并学会变压器的空载试验并进行应用 知识目标 能力目标 新知学习 一 、变压器的外特性 根据对变压器负载运行情况的分析，当一次绕组电压 U,不变时，如果负载电流I₂增加，在二次绕组内阻抗压降也会增加，二次绕组输出的电压U₂ 随之下 降。这种变化关系可以用变压器的外特性来描述。 新知学习 一 、变压器的外特性 当一次绕组电压 U, 和负载的功率因数 cos φ₂ 一 定 时，二次绕组输出的电压U₂ 与负载电流I₂ 的关系，称为 变压器的外特性曲线，如图所示。它可以用实验的 方法测得。 新知学习 一 、变压器的外特性 在图中，当一次绕组加额定电压 U₁ 且 I₂=0 时，二次绕组端电压 U₂o=U₂N, 即变压器二次绕组空载电压 U₂₀为二次绕组额定电压 U₂N。 新知学习 一 、变压器的外特性 变压器的外特性 (3)当负载为电容性时，cos φ₂<1,φ2为负值。超前的无功电流有助磁作用，主磁通会有所 增加，E₂ 也随之增加，使U₂ 会 随I₂ 的增加而增加。 (2)当负载为电感性时，cos φ₂<1,随着负载电流I₂ 的增大，变压器二次绕组的输出电压下降较 快。这是因为无功电流滞后，对变压器磁路中主磁通的去磁作用较强，使二次绕组的E₂ 下降所致。 (1)当负载为纯电阻时，cos φ₂=1,随着负载电流I₂ 的增大，变压器二次绕组的输出电压逐 渐降低，即变压器输出电压具有下降的外特性，但下降得并不多。 01 02 03 新知学习 二 、变压器的电压调整率 一般情况下，当负载波动时，变压器的输出电压也是波动的。从负载用电的角度来看，总希 望电源电压尽量稳定。当负载变动时，二次绕组输出电压的变化程度可以用电压调整率来描述。 变压器从空载到额定负载(I₂=I₂n) 运行时，二次绕组输出电压的变化量△U与空载额定电压U₂的百分比，称为变压器的电压调整率，用△U%表示，即 新知学习 二 、变压器的电压调整率 电压调整率 但当负载功率因数 cos φ2下降时，电压调整率 会明显增大。因此，提高企业供电的功率因数，也有减小电压波动的作用。 对于电力变压器，由于其一次、二次绕组的电阻和漏 抗都很小，额定负载时，电压调整率为4%～6%。 电压调整率表征电网电压的稳定性，是变压器的主要性能指标之一，在一定程度上反映供电 的质量，它与变压器参数及负载性质有关。 01 02 03 新知学习 三 、变压器的空载试验 如图所示，变压器的空载试验是变压器的基本试验之一，其目的是测定变压器的变比 K、空载电流I 、空载损耗po 和励磁阻抗 Z。等。 新知学习 三 、变压器的空载试验 在变压器的空载试验中，将变压器的一次、二次绕组两边均接上电压表，称双电压表法测试 变比。 进行试验时，调节调压变压器，使一次绕组电压达到额定值U₁n, 这时二次绕组的空载电 压也是额定值U₂N=U₂o=E₂, 由此可得该变压器的变比 1 . 测变比K 新知学习 三 、变压器的空载试验 2.测空载电流I。和空载损耗p₀ 在变压器的空载试验中，将变压器的二次绕组开路，调节调压变压器，观察电路中电压表 V1, 使一次绕组电压达到额定值U₁s, 图中电流表A所测得的电流值即为变压器的空载电流I。。 新知学习 三 、变压器的空载试验 3.测量计算励磁阻抗Zm、电 阻rm 和励磁电抗X 在变压器的空载试验中，还可以根据上述试验数据，计算出变压器的励磁阻抗或空载阻抗 它是变压器的一次绕组额定电压U₁ 和空载电流I。的比值，即 励磁阻抗 新知学习 三 、变压器的空载试验 3.测量计算励磁阻抗Zm、电 阻rm 和励磁电抗X 在变压器的空载试验中，还可以根据上述试验数据，计算出变压器的励磁阻抗或空载阻抗 它是变压器的一次绕组额定电压U₁ 和空载电流I。的比值，即 励磁电阻 新知学习 三 、变压器的空载试验 励磁阻抗 励磁阻抗是一个等效阻抗，它所表示的意义是，变压器在空载运行时，流过的空载电流I。 在 铁心中建立交变磁通，交变磁通在一次绕组中产生感应电动势，在铁心中引起损耗，对应交变磁 通的电抗及对应铁损的等效电阻之和即为励磁阻抗。它是表征铁心磁化性能和铁心损耗的一个 综合参数。 新知学习 三 、变压器的空载试验 励磁电阻 励磁电阻是表征铁心损耗的一个等效参数，励磁电抗是表征铁心磁化性能的一个等效参数。 由于铁心磁路的磁化曲线是非线性的，E, 和 I。之间也是非线性关系，即励磁阻抗Z. 不是常值， 而是随着工作点饱和程度的增加而减少。 因此，可以根据所测得励磁阻抗值来确定铁心磁路的 饱和程度。但是实际变压器运行时变压器工作在磁化曲线的线性段，主磁通Φ变化很小，可近 似认为Z。为常值。 新知学习 三 、变压器的空载试验 对于变压器空载试验 对于变压器空载试验，不论在变压器一次绕组还是二次绕组上施加额定电压，铁心中的主磁 通及铁损相同。 因此，为了方便， 一般在低压侧加额定电压，让高压侧空载。这时应选用合适的 测量仪表。但这时应将低压侧的阻抗值Z₂, 通过阻抗变换折算成高压侧的阻抗Z₁ 新知学习 三 、变压器的空载试验 4.空载功率因数 当电压变化时，铁心饱和程度变化，因正常电力变压器空载电流很小，空载损耗即为铁损，因此功率因数 p。越小，cos φ。越低，说明铁心和绕组质量越好，因此，可通过空载试验功率因 数的测量来判断铁心质量和匝数是否恰当或有无匝间短路。 新知学习 四 、变压器的短路试验 变压器的短路试验也称负载试验，也是变压器的基本试验之一，其目的是测出变压器的额定铜损耗Pcaw、短路电压U、和短路阻抗Zk 等数据，以检查绕组的质量。图所示为变压器短 路试验电路图。 新知学习 四 、变压器的短路试验 在短路试验中，二次绕组端头短接，二次绕组不对外输出功率。当一次绕组电流 达到额定值时，二次绕组电流也达到额定值。 这时变压器的铜损pk 就相当于额定负载时的铜损 Pcan。因为二次绕组短路，达到额定电流时所需要的电压很小，铁损可忽略不计。短路试验时的 全部输入功率基本上都消耗在变压器一次、二次绕组的电阻上。 01 02 1. 测铜损PcaN 新知学习 四 、变压器的短路试验 在进行变压器短路试验时，使一次绕组电流等于额定电流值时的电压称为短路电压或阻抗 电压，用Ux 表示。 短路电压(阻抗电压)一般表示为额定电压的百分之几。如有的变压器铭牌 中表示阻抗电压：4.94%。 01 02 2.测短路电压Uk 1.变压器的电压调整率的定义为（）。 A. △U=（U20-U2）／U×100％ B. △U=（U10-U2）／U×100％ C. △U=（U20-U1）／U×100％ D. △U=（U10-U1）／U×100％ 课堂练习 答案： A 解析：电压调整率定义为当原边接到额定频率额定电压的电网上，空载时副边电压与在给定负载功率因数下的副边电压的算数差，常用副边额定电压的百分数表示。公式为 △U=(U2N - U2) / U2N × 100%，其中 U2N 是空载时副边电压，U2 是负载时副边电压。这个指标反映了变压器供电的稳定性，电压调整率越小，说明变压器在负载变化时输出电压的稳定性越好。 2.关于变压器电压调整率，描述正确的包括（ ）。 A. 说明变压器一次电压变化的程度大小 B. 在给定负载功率因数下（一般取0.8）二次空载电压和二次负载电压之和与二次额定电压的比称为电压调整率 C. 说明变压器二次电压变化的程度大小 D. 在给定负载功率因数下（一般取0.8）二次空载电压和二次负载电压之差与二次额定电压的比称为电压调整率 课堂练习 答案： C 解析：变压器的电压调整率描述的是变压器在负载条件下二次电压的变化程度。选项C正确地描述了这一点。电压调整率是在给定负载功率因数下，二次空载电压和二次负载电压之差与二次额定电压的比值，而不是和。 3.变压器的一次侧和二次侧之间是通过什么进行能量传递的？ A. 导线直接连接 B. 电磁感应 C. 电容器 D. 电感器 课堂练习 答案：B. 电磁感应 解析： 变压器利用电磁感应原理，通过一次侧和二次侧之间的磁通量变化来传递能量，而不需要物理连接。 4.变压器的效率通常是由哪些因素决定的？ A. 材料的磁导率 B. 绕组的电阻 C. 铁芯的损耗 D. 所有以上因素 课堂练习 答案：D. 所有以上因素 解析： 变压器的效率受多种因素影响，包括铁芯材料的磁导率、绕组的电阻损耗以及铁芯的磁滞和涡流损耗等。 5.变压器的铁芯通常由什么材料制成？ A. 铝 B. 铜 C. 硅钢片 D. 塑料 课堂练习 答案：C. 硅钢片 解析： 硅钢片因其良好的磁性能和较低的成本，被广泛用于制造变压器的铁芯。 6.变压器的容量单位是什么？ A. 伏特(V) B. 安培(A) C. 瓦特(W) D. 法拉(F) 课堂练习 答案：C. 瓦特(W) 解析： 变压器的容量是指其能够转换的电功率，单位是瓦特(W)。 7.以下哪个不是变压器的类型？ A. 单相变压器 B. 三相变压器 C. 自耦变压器 D. 直流变压器 课堂练习 答案：D. 直流变压器 解析： 变压器是用于交流电的设备，直流电不会产生交变磁通，因此没有直流变压器。 8.变压器的额定容量是指什么？ A. 变压器的最大容量 B. 变压器在额定条件下的输出容量 C. 变压器的铁芯重量 D. 变压器的绕组匝数 课堂练习 答案：B. 变压器在额定条件下的输出容量 解析： 额定容量是指在规定的工作条件下，变压器能够长期稳定工作的最大功率。 课堂小结 1、变压器的冷却方式有哪些？ 2、变压器的绕组通常由什么材料制成？ 3、变压器的变压比是指什么？ 作业布置 感谢观看 $$