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摘要：电力系统的用电负载是经常变化的。从一天来讲，白天主要是动力负载用电(异步电动机、工业用电炉等)，晚间除部分动力负载外还有照明用电。即使是白天，动力负载也有变化，工间休息和交接班时负载就会下降。从季节上看，冬天早晚照明负载用电时间要比夏天长得多。这种用电负载的经常变化对变压器的运行状况是有影响的。
关键词：电力系统 用电负载 动力负载 照明 变压器 样本内容 saved from url=(0071)http://www.chinarein.com/ndlk/ndqh/web/2002/docs/2002-03/2002-03-30.htm

电力系统的用电负载是经常变化的。从一天来讲，白天主要是动力负载用电(异步电动机、工业用电炉等)，晚间除部分动力负载外还有照明用电。即使是白天，动力负载也有变化，工间休息和交接班时负载就会下降。从季节上看，冬天早晚照明负载用电时间要比夏天长得多。这种用电负载的经常变化对变压器的运行状况是有影响的。

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1　变压器的外特性

用电负载的变化，会引起变压器副边电流的变化。负载电流增加，副边电流就增大，副线圈的电阻压降I₂R₂和漏抗压降I₂X₂的大小都随着增大，从副线圈的电压平衡方程式U₂=-j4.44FN₂φm-jI₂X₂-I₂R₂可以看出，副线圈的端电压U₂将会随着负载电流的增加而变化。另一方面，当副边电流增大时，原边电流I1也要跟着增大，于是原线圈电阻压降I₁R₁和漏抗压降I₁X₁也随之增大，这反过来又要对副边电压的大小发生影响，使副边电压进一步变化。

负载变化时所引起的变压器副边电压的变化程度，既和负载的大小及性质(阻性、感性或容性，以及功率因数的大小)有关，又和变压器本身的特性有关。为了说明负载对变压器副边电压的影响，可以作出变压器的外特性曲线。所谓外特性，就是当变压器原端电压U₁和负载功率因数cosφ₂都一定时，副边的电压U₂随副边电流(负载电流) I₂的变化关系，即函数U₂=f(I₂)曲线。

这个函数曲线亦即变压器的外特性曲线的升降趋势和负载的大小及性质有关，亦和变压器本身的性质有关(具体讲，和变压器本身副边的电阻R₂和漏电抗X₂有十分紧密的联系)。具体的分析方法可以从变压器的副边电压平衡方程式

U₂=-j4.44fN₂m-jI₂X₂-I₂R₂入手。因为这个方程式是个复数方程式，具体的数量计算很复杂繁琐，我们尝试用变压器的向量图来分析负载变化时对变压器副边电压的影响，亦即用向量图来分析变压器的外特性。

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变压器的向量图所依据的是变压器的原副边电压平衡方程式：

U₁=j4.44fN₁φm jI₁X₁ I₁R₁ (1)

U₂=-j4.44fN₂φm-jI₂X₂-I₂R₂(2)

依据上述两平衡方程式，假设变压器带感性负载运行时的变压器向量图如图1所示。
                                    

图1　变压器相量图

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2　变压器带阻性、感性、容性负载运行时的情况

(1) 变压器带阻性负载时，U₂与I₂同相，cosφ₂=1。当I₂增加时，线段E_σ2(副边漏磁感应电动势E_σ2=-jI₂X₂)的长度增加，线段-U_R2(副线圈电阻电压降U_R2=I₂R₂)的长度亦增加，根据电压平衡方程式(2)，连接相量图E₂的起点(即向量图的原点)和-U_R2的末端，可以得到变压器副边的电压相量U₂。我们看到，相量U₂的长度较I₂没有增加时的长度要短。由此，我们得到结论：变压器副边的端电压U₂是随着负载电流I₂的增加而降低的(见图2)。

根据变压器外特性的定义，外特性曲线U₂=f(I₂)的变化趋势如图5中的曲线1。

(2) 变压器带感性负载时，I₂滞后U₂一个角度φ₂，cosφ₂＜1。向量图的分析过程同变压器带阻性负载时一样，其副边端电压U₂随负载电流I₂的变化关系同样是随着负载电流I₂的增加而端电压U₂下降。需要注意的是，对于同样大小的负载电流I₂，感性负载与阻性负载相比，其端电压U₂下降得更厉害(见图3)。

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根据变压器外特性的定义，外特性曲线U₂=f(I₂)的变化趋势如图5中的曲线2。

(3) 变压器带容性负载时，I₂超前于变压器副线圈电磁感应电动势E₂一个角度，向量图上I₂在E₂右边(第四象限)。对此解释是：设负载阻抗角为φ₂(即U₂与I₂之间的相位差角)，φ₂可用关系式tgφ₂=X_C/R_L求出，而φ₂(E₂与I₂之间的相位差角)则可以由关系式tgφ₂=(X₂-X_C)/(R₂ R_L)求出，X_C/X₂，tgφ₂为负值，φ₂为负角。确定了I₂超前于E₂一个角度，我们画出了变压器带容性负载时的向量图见图4。当I₂增加时，线段E_σ2的长度增加，线段-U_R2的长度也增加，根据副线圈电压平衡方程式(2)，连接向量图E₂的起点和-U_R2的末端，可以得到变压器副边的电压向量E₂。我们看到，与变压器带阻性负载和感性负载不同的是：向量U₂的长度较I₂没有增加时的长度要长。得出的结论是：变压器副边的端电压U₂是随着负载电流U₂的增加而增加的(见图4)。

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根据外特性的定义，外特性曲线U₂=f(I₂)的变化趋势如图5中的曲线3。
                                         

图2 变压器阻性负载向量图

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图3 变压器感性负载向量图

图4 变压器容性负载向量图

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图5 变压器的外特性曲线

读者可以在向量图上尝试用上述方法分析，当负载功率因数cosφ₂发生变化时，副边端电压随负载电流的变化关系。结论和我们熟知的结果是相同的，即无论何种性质的负载，功率因数大时，副边端电压随负载电流变化的幅度小。实际生产当中，读者也可以根据变压器和负载的实际参数，在向量图上尝试用上述方法作图，以求得变压器副边端电压在各种负载情况下的变化幅度，为我们的电网调度、电容器的投切及继电保护的整定提供依据。更重要的是，通过此方法的练习，可以帮助我们习惯于用分析向量图的方法来分析电力生产中遇到的各种问题，提高我们分析问题、解决问题的能力。

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