變壓器運行模式

根據負載值，變壓器可以在三種模式下運行：

1. 在負載電阻 zn = ∞ 時空轉。

2. zn = 0 時短路。

3. 0 <zn <∞時的充電模式。

有了等效電路的參數，您就可以分析變壓器的任何運行模式……參數本身是根據空載和短路實驗確定的。空閒時，變壓器的次級繞組開路。

進行空載變壓器試驗以確定變壓比、鋼中的功率損耗和等效電路的磁化支路的參數，通常在初級繞組的額定電壓下進行。

為了 單相變壓器 根據空閒測試的數據，可以計算：

— 轉換因子

— 空載電流的百分比

由條件決定的支路磁化r0的有源電阻

— 磁化支路的總電阻

— 磁化支路的感應電阻

空閒功率因數通常也定義為：

在某些情況下，對初級繞組電壓的幾個值進行空載測試：從U1≈0.3U1n到U1≈1.1U1n。根據獲得的數據，得出空閒特性，它們是 P0、z0、r0 和 cosφ 與電壓 U1 的函數關係。使用空載特性，可以在電壓 U1 的任何值下設置指定量的值。

為確定短路電壓，繞組損耗以及電阻 rk 和 xk 在短路時進行測試。在這種情況下，這種降低的電壓被施加到初級繞組，使得短路變壓器繞組的電流等於它們的標稱值，即 I1k = I1n，I2k = I2n。滿足規定條件時的初級繞組電壓稱為標稱短路電壓Ukn。

鑑於Ucn通常僅為U1n的5-10%，變壓器鐵芯在短路試驗時的互感磁通比標稱模式下小數十倍，變壓器鋼處於不飽和狀態。因此，忽略鋼中的損耗，認為提供給初級繞組的所有功率 Pcn 都用於加熱繞組，並決定了有源短路電阻 rc 的值。

實驗時測量初級線圈的電壓Ukn、電流I1k=I1n和功率Pkn。根據此數據，您可以確定：

— 短路電壓的百分比

— 有源短路電阻

— 初級和次級繞組的有源電阻，大約等於短路電阻的一半

— 短路阻抗

— 短路感性電阻

— 初級和次級繞組的電感電阻，大約等於短路電感電阻的一半

— 實際變壓器次級繞組的電阻：

— 感性、有功和總短路電壓百分比：

V 負載模式 了解負載參數如何影響次級繞組端子處的效率和電壓變化非常重要。

變壓器效率是提供給負載的有功功率與提供給變壓器的有功功率之比。

變壓器的效率非常重要。對於小功率電力變壓器，約為0.95，對於幾萬千伏安容量的變壓器，則達到0.995。

使用直接測量的功率 P1 和 P2 通過公式確定效率會產生較大誤差。以不同的形式呈現這個公式會更方便：

其中 是變壓器中的損耗總和。

變壓器中有兩種類型的損耗：由磁通量通過磁路引起的磁損耗和由電流流過繞組引起的電損耗。

由於 U1 = const 時變壓器的磁通量和次級電流從零到標稱值的變化實際上保持恆定，因此該負載範圍內的磁損耗也可以假設為恆定且等於空載損耗。

繞組銅的電損耗 ΔPm 與電流的平方成正比。為方便起見，將它們表示為在額定電流下獲得的短路損耗Pcn，

其中 β 是負載係數，

確定變壓器效率的計算公式：

其中 Sn 是變壓器的標稱視在功率； φ2 是負載中電壓和電流之間的相位角。

可以通過使一階導數等於零來找到最大效率。在這種情況下，我們發現當恆定（與電流無關）損耗 P0 等於交流（與電流相關）損耗時，效率在這種負載下具有最大值，因此

對於現代電力油變壓器，βopt = 0.5 — 0.7。對於這樣的負載，變壓器通常在運行期間工作。

相關性 η = f (β) 的圖形如圖 1 所示。

圖 1. 變壓器效率隨負載率的變化曲線

要確定單相變壓器次級電壓的百分比變化，請使用以下公式

其中 uKA 和 uKR 是短路電壓的有功分量和無功分量，以百分比表示。

變壓器電壓的變化取決於負載係數 (β)、其性質（角度 φ2）和短路電壓的分量（uKA 和 uKR）。

變壓器的外部特性 是 U1 = const 和 cosφ2 = const 的相關性（圖 2）。

圖2 不同負載類型的中大功率變壓器外特性