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变压器的损耗及效率

时间:2015-09-21 07:41来源:www.eadianqi.com 编辑:自动控制网
变压器从电源输入的有功功率P 1 和向负载输出的有功功率P 2 可分别用下式计算 P 1 =U 1 I 1 COS 1 P 2 =U 2 I 2 COS 2 两者之差为变压器的损耗P,它包括铜损耗P Cu 和铁损耗P Fe 两部分,即 P=P Cu +P Fe 1.铁损耗P Fe 变压器的铁损耗包括基本铁损耗和附加

  变压器从电源输入的有功功率P1和向负载输出的有功功率P2可分别用下式计算
                P1=U1I1COSφ1
                P2=U2I2COSφ2
  两者之差为变压器的损耗ΔP,它包括铜损耗PCu和铁损耗PFe两部分,即
                ΔP=PCu +PFe
  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。基本铁损耗包括铁心中的磁滞损耗和涡流损耗,它决定于铁心中的磁通密度的大小、磁通交变的频率和硅钢片的质量等。附加损耗则包括铁心叠片间因绝缘损伤而产生的局部涡流损耗、主磁通在变压器铁心以外的结构部件中引起的涡流损耗等,附加损耗约为基本损耗的15%~20%左右。
  变压器的铁损耗与一次绕组上所加的电源电压大小有关,而与负载电流的大小无关。当电源电压一定时,铁心中的磁通基本不变,故铁损耗也就基本不变,因此铁损耗又称“不变损耗”。

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  2.铜损耗PCu
  变压器的铜损耗也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在一次、二次绕组电阻上产生的损耗,而附加铜损耗是指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。附加铜损耗约占基本铜损耗的3%~20%。在变压器中铜损耗与负载电流的平方成正比,所以铜损耗又称为“可变损耗”
  3.效率
  变压器的输出功率P2与输入功率P1之比称为变压器的效率η,即
      
  由于变压器没有旋转的部件,不像电机那样有机械损耗存在,因此变压器的效率一般都比较高,中小型电力变压器效率在95%以上,大型电力变压器效率可达99%以上。
  例2-5:S9-500/10低损耗三相电力变压器额定容量500kV?A,设功率因素为1,二次电压U2N=400V,铁损耗PFe=0.98KW,额定负载时铜损耗=PCu=4.1kW,求二次额定电流I2N及变压器效率η。
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  解:
  
  
  
  前面已经讲过降低变压器本身的损耗,提高其效率是供电系统中一个极为重要的课题,世界各国都在大力研究高效节能变压器,其主要途径:一是采用低损耗的冷轧硅钢片来制作铁心,例如容量相同的两台电力变压器,用热轧硅钢片制作铁心的SJl—1000/10变压器铁损耗约为4440W。用冷轧硅钢片制作铁心的S7—1000/10变压器铁损耗仅为1700W。后者比前者每小时可减少2.7kW?h的损耗,仅此一项每年可节电23 652kW?h。由此可见,为什么我国要强制推行使用低损耗变压器。二是减小铜损耗,如果能用超导材料来制作变压器绕组,则可使其电阻为零,铜损耗也就不存在了。世界上许多国家正在致力于该项研究,目前已有330kV单相超导变压器问世,其体积比普通变压器要小70%左右,损耗可降低50%。
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  4.效率特性
  变压器在不同的负载电流I2时,输出功率P2及铜损耗PCu都在变化,因此变压器的效率η也随负载电流I2的变化而变化,其变化规律通常用变压器的效率特性曲线来表示,如图2—18所示,图中称为负载系数。
  通过数学分析可知:当变压器的不变损耗等于可变损耗时,变压器的效率最高,通常变压器的最高效率位于β=0.5∽0.6之间。
                 
                   图2-18 变压器效率曲线 本文来自www.eadianqi.com

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