实验三 单相变压器空载和短路实验

上海开放大学

电气传动技术及应用

实验三 单相变压器空载和短路实验

实验报告

分 校：_____ ______ 班 级：__________________ 学生姓名：__________________ 学 号：__________________

实验成绩：__________________ 批阅教师：__________________

实验日期 年 月 日

实验三 单相变压器空载和短路实验

一、实验目的

1、通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。 2、通过负载实验测取变压器的运行特性。

二、实验项目

1、空载实验

测取空载特性U0=f(I0)，P0=f(U0) , cosφ0=f(U0)。 2、短路实验

测取短路特性UK=f(IK)，PK=f(IK), cosφK=f(IK)。 3、负载实验（选做） （1）纯电阻负载

保持U1=UN，cosφ2=1的条件下，测取U2=f(I2)。 （2）阻感性负载

保持U1=UN，cosφ2=0.8的条件下，测取U2=f(I2)。

三、实验方法

1、实验设备

序号 1 2 3 4 5 6 7

2、屏上排列顺序

D33、D32、D34-3、DJ11、D42、D43

*

A*WA

I0U

VV155V U0 W xX

图3-1 空载实验接线图

DD01三相调压交流电源1

型 号 D33 D32 D34-3 DJ11 D42 D43 D51 名 称 交流电压表 交流电流表 单三相智能功率、功率因数表 三相组式变压器 三相可调电阻器 三相可调电抗器 波形测试及开关板 数 量 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 V2UAX 3、空载实验

1）在三相调压交流电源断电的条件下，按图3-1接线。被测变压器选用三相组式变压器DJ11中的一只作为单相变压器，其额定容量 PN=77W，U1N/U2N=220/55V，I1N/I2N=0.35/1.4A。变压器的低压线圈a、x接电源，高压线圈A、X开路。

2）选好所有电表量程。将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋转到底，即将其调到输出电压为零的位置。

3）合上交流电源总开关，按下“开”按钮，便接通了三相交流电源。调节三相调压器旋钮，使变压器空载电压U0=1.2UN ，然后逐次降低电源电压，在1.2～0.2UN 的范围内，测取变压器的U0、I0、P0。

4）测取数据时，U=UN点必须测，并在该点附近测的点较密，共测取数据7-8组。记录于表3-1中。 5）为了计算变压器的变比，在UN以下测取原方电压的同时测出副方电压数据也记录于表3-1中。 表3-1 实 验 数 据 计算数据 序号 cosφ0 U0(V) I0(A) P0(W) UAX(V) 1 66 0.1 2.1 260 0.33 2 61 0.06 1.7 240 0.40 3 55 0.05 1.5 215 0.46 4 51 0.04 1.1 200 0.5 5 41 0.03 0.7 160 0.75 6 31 0.02 0.5 120 1.0 7 21 0.015 0.3 85 1.0 8 11 0.01 0.0 45 1.0 4、短路实验

1）按下控制屏上的“关”按钮，切断三相调压交流电源，按图3-2接线（以后每次改接线路，都要关断电源）。将变压器的高压线圈接电源，低压线圈直接短路。

图3-2 短路实验接线图

2）选好所有电表量程，将交流调压器旋钮调到输出电压为零的位置。

3）接通交流电源，逐次缓慢增加输入电压，直到短路电流等于1.1IN 为止，在(0.2～1.1)IN范围内测取变压器的UK、IK、PK。

2

4）测取数据时，IK=IN点必须测，共测取数据6-7组记录于表3-2中。实验时记下周围环境温度(℃)。

表3-2 室温 18 ℃ 序实 验 数 据 计 算 数 据 号 UK（V） IK（A） PK（W） cosφK 1 2 3 4 5 6 7 8

5、负载实验

实验线路如图3-3所示。变压器低压线圈接电源，高压线圈经过开关S1和S2，接到负载电阻RL和电抗XL上。RL选用D42上900Ω加上900Ω共1800Ω阻值，XL选用D43，功率因数表选用D34-3，开关S1和S2选用D51挂箱

*COSФ AaA*WA1A2 U V aV2L1V155VRL S2S1 W xXx 图3-3 负载实验接线图

（1）纯电阻负载

1）将调压器旋钮调到输出电压为零的位置，S1、S2打开，负载电阻值调到最大。

2）接通交流电源，逐渐升高电源电压，使变压器输入电压U1=UN。

3）保持U1=UN，合上S1，逐渐增加负载电流，即减小负载电阻RL的值，从空载到额定负载的范围内，测取变压器的输出电压U2和电流I2。

4）测取数据时，I2=0和I2=I2N=0.35A必测，共取数据6-7组，记录于表3-3中。

DD01三相可调交流电源3

25.5 23 19.5 16 13 10 6 4 0.385 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.07 4.7 3.9 2.9 2.1 1.2 0.6 0.2 0.1 0.47 0.45 0.48 0.5 0.48 0.46 0.4 1 表3-3 cosφ2=1 U1=UN= V 序 号 U2（V） I2（A） （2）阻感性负载（cosφ2=0.8） 1）用电抗器XL和RL并联作为变压器的负载，S1、S2打开，电阻及电抗值调至最大。

2）接通交流电源，升高电源电压至U1=U1N

3）合上S1、S2，在保持U1=UN及cosφ2=0.8条件下，逐渐增加负载电流，从空载到额定负载的范围内，测取变压器U2和I2。

4）测取数据时，其I2=0，I2=I2N两点必测，共测取数据6-7组记录于表3-4中。

表3-4 cosφ2=0.8 U1=UN= V 序 号 U2（V） I2（A） 四、注意事项

1、在变压器实验中，应注意电压表、电流表、功率表的合理布置及量程选择。 2、短路实验操作要快，否则线圈发热引起电阻变化。

五、实验报告

1、计算变比

由空载实验测变压器的原副方电压的数据，分别计算出变比，然后取其平均值作为变压器的变比K。 K=UAX/Uax

2、绘出空载特性曲线和计算激磁参数

（1）绘出空载特性曲线U0=f(I0)，P0=f(U0)，cosφ0=f(U0)。

P式中：

cos00 U0I0

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（2）计算激磁参数

从空载特性曲线上查出对应于U0=UN时的I0和P0值，并由下式算出激磁参数

P0rm 2I0

U Zm0I0

22 XmZmrm 3、绘出短路特性曲线和计算短路参数

（1）绘出短路特性曲线UK=f(IK) 、PK=f(IK)、cosφK=f(IK)。

（2）计算短路参数

从短路特性曲线上查出对应于短路电流IK=IN时的UK和PK值由下式算出实验环境温度为θ(℃)时的短路参数。

UZK'K IK

P rK'K2IK

'2'2 折算到低压方 XK'ZKrK Z' ZKK2K

r' rKK2K

X'

XKK K2由于短路电阻rK随温度变化，因此，算出的短路电阻应按国家标准换算到基准工作温度75℃时的阻值。

5

234.575rr K75CK234.5

22ZrXK75CK75CK

式中：234.5为铜导线的常数,若用铝导线常数应改为228。 计算短路电压(阻抗电压)百分数

IZuKNK75C100%

UN

Ir uKrNK75C100%UN

IXuKXNK100% UN IK=IN时短路损耗PKN= IN2rK75℃

4、利用空载和短路实验测定的参数，画出被试变压器折算到低压方的“T”型等效电路。

5、变压器的电压变化率u

（1）绘出cosφ2=1和 cosφ2=0.8两条外特性曲线U2=f(I2)，由特性曲线计算出I2=I2N 时的电压变化率

UU2

u20100% U20

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（2）根据实验求出的参数，算出I2=I2N、cosφ2=1和I2=I2N、cosφ2=0.8时的电压变化率Δu。

uuKrcos2uKXsin2

将两种计算结果进行比较,并分析不同性质的负载对变压器输出电压U2的影响。

6、绘出被试变压器的效率特性曲线

(1)用间接法算出cosφ2=0.8不同负载电流时的变压器效率,记录于表3-5中。

2P0I2PKN

(1)100%2 I2PNcos2P0I2PKN式中： I2PW)Ncos2P2(

PKN为变压器IK=IN时的短路损耗(W)； P0为变压器U0=UN 时的空载损耗(W)。

* I 2  I 2 I 2 N 为副边电流标么值

表3-5 cosφ2=0.8 P0= W PKN= W I*2 P2(W) η 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 (2)由计算数据绘出变压器的效率曲线η=f(I*2)。

(3)计算被试变压器η=ηmax时的负载系数βm。

P0 mPKN

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六、思考题

1、变压器空载和短路实验应注意哪些问题？实验中电源电压一般加在哪一方较合适？ 答：（1）空载试验：

①选好所有电表量程。将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋转到底，即将其调到输出电压为零的位置。

②合上交流电源总开关，按下“开”按钮，便接通了三相交流电源。调节三相调压器旋钮，使变压器空载电压U0=1.2UN ，然后逐次降低电源电压，在1.2～0.2UN 的范围内，测取变压器的U0、I0、P0。

③测取数据时，U=UN点必须测，并在该点附近测的点较密，共测取数据7-8组。记录于表3-1中。 短路试验：

① 选好所有电表量程，将交流调压器旋钮调到输出电压为零的位置。 ②接通交流电源，逐次缓慢增加输入电压，直到短路电流等于1.1IN 为止，在(0.2～1.1)IN范围内测取变压器的UK、IK、PK。

③测取数据时，IK=IN点必须测，共测取数据6-7组记录于表3-2中。实验时记下周围环境温度(℃)。 （2）空载试验时：

可在高压侧或低压侧进行，考虑到空载试验电压要加到额定电压，当高压侧的额定电压较高时，为了便于试验和安全起见，通常在低压侧进行试验，即：变压器的低压线圈a、x接电源，高压线圈A、X开路。

短路试验时：

由于短路试验电流较大，而外加电压却很低，一般电力变压器为额定电压的4%~10%，因此为便于测量，一般在高压侧试验，低压侧短路。即：变压器的高压线圈A、X接电源，低压线圈a、x短路。

2、在空载和短路实验中，各种仪表应怎样联接才能使测量误差最小？

答：

空载试验时：

电压表V1放在功率表W前，电流表A放在功率表W后。

短路试验时：

电流表A放在功率表W前，电压表V1放在功率表W后。 这样联接才能使测量误差最小

3、如何用实验方法测定变压器的铁耗及铜耗。

答：空载试验时：

由于空载电流I0很小，绕组损耗I20R很小，所以认为变压器空载时的输入功率P0完全用来平衡变压器的铁芯损耗，即P0≈ΔPFe。

短路试验时:

由于外加电压很低，主磁通很小，所以铁损和励磁电流均可忽略不计，这时输入的功率PK可认为完全消耗在绕组的电阻损耗上，即PK≈ΔPCu

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