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变压器的损耗和效能

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  • 颁布功夫:2013/10/6 19:21:36
  • 作者:AnyWay中国

变压器简介

  变压器是利用电磁感应道理传输电能或电信号的器件, 它拥有电压变换、电流变动和阻抗变换及电气隔离的作用。。。。。。。。

1梦想变压器工作道理

  梦想变压器基于下述两个如果:
  1、变压器效能蹬宗1,,, ,,无任何能量损耗。。。。。。。。即忽略了现实铁芯变压器线圈的电阻以及铁芯在交变磁场作用下所产生的能量损耗。。。。。。。。
  2、铁芯的磁导率μ趋近于无限大,,, ,,没有漏磁通。。。。。。。。线圈的互感磁通蹬宗自感磁通,,, ,,耦合系数K为1,,, ,,线圈自感系数L1、L2趋于无限大,,, ,,但是,,, ,,L1/L2为常数,,, ,,数值上蹬宗原副边匝数比的平方。。。。。。。。
  梦想变压器的工作道理如下:
 

梦想变压器(变压器效能=1)工作道理

 

图1 梦想变压器工作道理(变压器)

  变压器的重要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。。。。。。。。两绕组只有磁耦合没电衔接。。。。。。。。在一次绕组中施加交变电压,,, ,,交变电压产生交变电流,,, ,,交变电流产生交链一、二次绕组的交变磁通Φ,,, ,,在一次和二次绕组平别离感应出电动势E1、E2。。。。。。。。
梦想变压器的绕组电阻为零,,, ,,有:

  E1=-U1,,, ,,E2=-U2

  如果一次和二次线圈的匝数别离为N1和N2,,, ,,一次和二次绕组铰链的磁链别离为Ψ1和Ψ2,,, ,,凭据电磁感应定律,,, ,,下述方程组成立:

  U1=-E1=-dΨ1/dt=d(N1Φ)/dt=N1dΦ/dt 。。。。。。。。╝)

  U2=-E2=-dΨ2/dt=d(N2Φ)/dt=N2dΦ/dt 。。。。。。。。╞)

 。。。。。。。。╝)式除以(b)式,,, ,,可得:

  U1/U2=N1/N2             。。。。。。。。1)

  梦想变压器效能蹬宗1,,, ,,一次与二次绕组之间在能量传输过程中没有损耗,,, ,,可知:

  U1I1=U2I2

  联立式(1)可得:

  I1/I2=N2/N1             。。。。。。。。2)

 。。。。。。。。1)式除以(2)式,,, ,,可得:

  (U1/I1)/(U2/I2)=(N1/N2)2

  U1/I1及U2/I2别离为一次和二次绕组的阻抗,,, ,,别离记为Z1和Z2,,, ,,则:

  Z1/Z2=(N1/N2)2            。。。。。。。。3)

 。。。。。。。。1)、(2)、(3)三式别离暗示了梦想变压器的电压变换、电流变换和阻抗变换关系。。。。。。。。

2现实变压器工作道理

  现实变压器绕组电阻不为零;;;;;;
  现实变压器交变磁通在铁芯中会产生涡流损耗和磁滞损耗;;;;;;

  现实变压器铁芯磁导率为有限值,,, ,,一次绕组产生的磁通会有部门与空气形成磁路,,, ,,不与二次绕组铰链,,, ,,称为漏磁通Φσ1,,, ,,同样,,, ,,二次绕组也会产生漏磁通Φσ2。。。。。。。。
  因而:

  E1≠U1、E2≠U2。。。。。。。。

  同时铰链一次绕组和二次绕组的磁通称为主磁通Φ。。。。。。。。由于空气的磁滞很大,,, ,,通常主磁通远弘远于漏磁通。。。。。。。。
  现实变压器效能幼于1,,, ,,其工作道理如下:

现实变压器工作道理(变压器效能<1)

图2 现实变压器工作道理(变压器效能<1)

变压器空载试验与铁损

  交变磁通在变压器铁芯中会产生磁滞损耗和涡流损耗,,, ,,这两项变频器损耗统称为变压器铁损。。。。。。。。铁损取决于变压器的磁通,,, ,,重要是主磁通。。。。。。。。
  变压器的主磁通:

  Φm=E1/4.44fN1

  由于绕组的电阻很幼,,, ,,

  E1≈U1

  因而,,, ,,主磁通重要取决于一次或二次绕组的电压和频率,,, ,,与负载电流的大幼根基无关。。。。。。。。
  即:变压器的铁损为恒定损耗,,, ,,与负载无关。。。。。。。。
  变压器空载运行时,,, ,,输出功率为零,,, ,,输入功率就是变压器损耗。。。。。。。。二次绕组没有电流通过,,, ,,没有损耗,,, ,,输入功率减去一次绕组的铜损,,, ,,就是变压器铁损。。。。。。。。由于一次绕组电流很幼,,, ,,粗略推算时,,, ,,铜损能够忽略不计,,, ,,变压器的空载输入功率约蹬宗变压器的铁损。。。。。。。。
  变压器处于空载运行时,,, ,,功率因数较低,,, ,,无功功率占比力大,,, ,,对电网不利,,, ,,因而,,, ,,提高变压器空载功率因数是变压器厂家持久必要钻研的问题。。。。。。。。铁损固定的情况下,,, ,,空载电流越幼,,, ,,空载功率因数越高,,, ,,因而,,, ,,空载电流百分比(空载电流与额定电流的比值) 也就成了变压器的一个沉要指标。。。。。。。。
  获取铁损及空载电流是变压器空载试验的重要主张,,, ,,铁损通常用PFE暗示,,, ,,空载电流通常用I0暗示。。。。。。。。

变压器短路试验与铜损

  变压器的一次和二次绕组中都有肯定的电阻,,, ,,当电流流过绕组时,,, ,,产生的变压器损耗,,, ,,称为变压器铜损或I^2R损耗。。。。。。。。
  铜损通常通过短路试验获取。。。。。。。。短路试验步骤如下:
  将变压器高压侧短路,,, ,,低压侧从零起头加电压,,, ,,逐步加到低压侧电流为额定电流。。。。。。。。此时低压侧所加电压与额定电压之比的百分数称为短路阻抗,,, ,,也称阻抗电压,,, ,,通常用符号UK暗示。。。。。。。。
  把稳:短路阻抗是一个无穷纲的物理量,,, ,,”单元”不是V,,, ,,也不是Ω,,, ,,而是“%”。。。。。。。。
  变压器短路试验时,,, ,,绕组两端电压(短路阻抗)很低,,, ,,因而,,, ,,铁损很幼,,, ,,变压器的输入功率重要为铜损。。。。。。。。铜损通常用PCu暗示,,, ,,而变压器短路试验的铜损相当于额定铜损,,, ,,通常用PCuN暗示。。。。。。。。
  固定电流时,,, ,,铜损与绕组的电阻有关,,, ,,而绕组电阻与温杜仔关,,, ,,所以,,, ,,短路试验时,,, ,,必要正确丈量绕组的温度或直接丈量绕组的直流电阻。。。。。。。。
  获取铜损及短路阻抗是变压器短路试验的重要主张。。。。。。。。

变压器效能个性

  变压器效能用η暗示,,, ,,变压器的负荷率用β暗示,,, ,,变压器效能个性曲线如图3所示:

变压器效能个性曲线

图3 变压器效能个性曲线

  1.空载时输出功率为零,,, ,,所以变压器效能η=0。。。。。。。。
  2.负载较幼时,,, ,,铁损耗相对较大,,, ,,变压器效能η较低。。。。。。。。
  3.负载增长,,, ,,变压器效能η亦随之增长。。。。。。。。超过某一负载时,,, ,,因铜耗占的正例增大,,, ,,变压器效能η反而降低。。。。。。。。
  β=S/SN,,, ,,S为现实运行负荷,,, ,,SN为额定负荷。。。。。。。。

  能够证明:

  PCu=PFE2PCuN

  时,,, ,,变压器的效能最高。。。。。。。。

  此时,,, ,,

  βm=√(PFE/PCuN)。。。。。。。。

  记输入功率和输出功率别离为P1和P2,,, ,,变压器的二次侧运行功率因数为cosφ2,,, ,,则:

  η=P2/P1

  =(P1-PFe-PCu)/P1

  =1-(PFe+PCu)/ (P2+ PFe+PCu)

  =1-( PFe2PCuN)/(βSNcosφ2+PFe2PCuN)

  变压器最大效能推算公式如下:

  ηm=1-2 PFe/(βmSNcosφ2+2PFe)。。。。。。。。

变压器效能测试

  变压器效能测试重要蕴含空载试验和短路试验,,, ,,空载试验获取铁损及空载电流,,, ,,短路试验获取获取铜损及短路阻抗。。。。。。。。
  通常变压器的空载功率因数较低,,, ,,可低于0.1,,, ,,电力变压器的空载功率因数稍高,,, ,,通常在0.1~0.2之间。。。。。。。。
  通常变压器的短路功率因数较高,,, ,,通常在0.1以上,,, ,,电力变压器为了提高短路阻抗,,, ,,短路功率因数很低,,, ,,通常在0.1以下,,, ,,大容量的电力变压器的空载功率因数可低至约0.01。。。。。。。。低功率因数下,,, ,,互感器,,, ,,功率表或功率分析仪等仪器的角差对功率丈量正确杜装响很大(详见东升国际官网文库“分歧功率因数下相位误差对功率丈量正确度的影响”),,, ,,建议变压器效能测试选取高精度的互感器及WP4000变频功率分析仪或DT数字变送器等低角差的丈量仪器。。。。。。。。

 


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