变压器运行模式

根据负载值，变压器可以在三种模式下运行：

1. 在负载电阻 zn = ∞ 时空转。

2. zn = 0 时短路。

3. 0 <zn <∞时的充电模式。

有了等效电路的参数，您就可以分析变压器的任何运行模式……参数本身是根据空载和短路实验确定的。空闲时，变压器的次级绕组开路。

进行空载变压器试验以确定变压比、钢中的功率损耗和等效电路的磁化支路的参数，通常在初级绕组的额定电压下进行。

为了 单相变压器 根据空闲测试的数据，可以计算：

— 转换因子

— 空载电流的百分比

由条件决定的支路磁化r0的有源电阻

— 磁化支路的总电阻

— 磁化支路的感应电阻

空闲功率因数通常也定义为：

在某些情况下，对初级绕组电压的几个值进行空载测试：从U1≈0.3U1n到U1≈1.1U1n。根据获得的数据，得出空闲特性，它们是 P0、z0、r0 和 cosφ 与电压 U1 的函数关系。使用空载特性，可以在电压 U1 的任何值下设置指定量的值。

为确定短路电压，绕组损耗以及电阻 rk 和 xk 在短路时进行测试。在这种情况下，这种降低的电压被施加到初级绕组，使得短路变压器绕组的电流等于它们的标称值，即 I1k = I1n，I2k = I2n。满足规定条件时的初级绕组电压称为标称短路电压Ukn。

鉴于Ucn通常仅为U1n的5-10%，变压器铁芯在短路试验时的互感磁通比标称模式下小数十倍，变压器钢处于不饱和状态。因此，忽略钢中的损耗，认为提供给初级绕组的所有功率 Pcn 都用于加热绕组，并决定了有源短路电阻 rc 的值。

实验时测量初级线圈的电压Ukn、电流I1k=I1n和功率Pkn。根据此数据，您可以确定：

— 短路电压的百分比

— 有源短路电阻

— 初级和次级绕组的有源电阻，大约等于短路电阻的一半

— 短路阻抗

— 短路感性电阻

— 初级和次级绕组的电感电阻，大约等于短路电感电阻的一半

— 实际变压器次级绕组的电阻：

— 感性、有功和总短路电压百分比：

V 负载模式 了解负载参数如何影响次级绕组端子处的效率和电压变化非常重要。

变压器效率是提供给负载的有功功率与提供给变压器的有功功率之比。

变压器的效率非常重要。对于小功率电力变压器，约为0.95，对于几万千伏安容量的变压器，则达到0.995。

使用直接测量的功率 P1 和 P2 通过公式确定效率会产生较大误差。以不同的形式呈现这个公式会更方便：

其中 是变压器中损耗的总和。

变压器中有两种类型的损耗：由磁通量通过磁路引起的磁损耗和由电流流过绕组引起的电损耗。

由于 U1 = const 时变压器的磁通量和次级电流从零到标称值的变化实际上保持恒定，因此该负载范围内的磁损耗也可以假设为恒定且等于空载损耗。

绕组铜的电损耗 ΔPm 与电流的平方成正比。方便地表示为在额定电流下获得的短路损耗Pcn，

其中 β 是负载系数，

确定变压器效率的计算公式：

其中 Sn 是变压器的标称视在功率； φ2 是负载中电压和电流之间的相位角。

可以通过使一阶导数等于零来找到最大效率。在这种情况下，我们发现当恒定（与电流无关）损耗 P0 等于交流（与电流相关）损耗时，效率在这种负载下具有最大值，因此

对于现代电力油变压器，βopt = 0.5 — 0.7。对于这样的负载，变压器通常在运行期间工作。

相关性 η = f (β) 的图形如图 1 所示。

图 1. 变压器效率随负载率的变化曲线

要确定单相变压器次级电压的百分比变化，请使用以下公式

其中 uKA 和 uKR 是短路电压的有功分量和无功分量，以百分比表示。

变压器电压的变化取决于负载系数 (β)、其性质（角度 φ2）和短路电压的分量（uKA 和 uKR）。

变压器的外部特性 是 U1 = const 和 cosφ2 = const 的相关性（图 2）。

图2 不同负载类型的中大功率变压器外特性