变压器实验报告

四川大学电气信息学院
实验报告书
课程名称：电机学
实验项目：三相变压器的空载及短路实验
专业班组：电气工程及其自动化105，109班
实验时间： 2014年11月21日
成绩评定：
评阅教师：
电机学老师：曾成碧
报告撰写：
一、实验目的：
1 用实验方法求取变压器的空载特性和短路特性。

2 通过空载及短路实验求取变压器的参数和损耗。

3 计算变压器的电压变化百分率和效率。

4掌握三相调压器的正确联接和操作。

5 复习用两瓦特法测三相功率的方法。

二．思考题的回答
1.求取变压器空载特性外施电压为何只能单方向调节？不单方向调节会出现什么问题？
答：因为当铁磁材料处于交变的磁场中时进行周期性磁化时存在磁滞现象。

如果不单方向调节变压器外施电压，磁通密度并不会沿原来的磁化曲线下降，所以会影响实验结果的准确性。

2.如何用实验方法测定三相变压器的铜、铁损耗和参数？实验过程中作了哪些假定？ 答：变压器的空载实验中认为空载电流很小，故忽略了铜耗，空载损耗近似等于变压器铁耗Fe P P ≈0，同时忽略了绕组的电阻和漏抗。

空载时的铁耗可以直接用两瓦特法测得，根据公式2
003/I P r m ≈可以求得励磁电阻，由003/I U Z m ≈可以求得励磁阻抗，由
2
2
k m m r Z X -=可以求得励磁电抗值。

在变压器的短路实验中，由于漏磁场分布十分复杂，故在T 形等效电路计算时，可取
k x x x 5.0'21==σσ，且k r r r 5.0'21==。

同时由于外加电压低，忽略了铁耗，故假设短路损耗
等于变压器铜耗。

短路损耗k P 可直接由两瓦特法测得，有公式k k k I P r 2/=可得k r ，
k k k I U Z 3/=，故k k k r Z x 22-=。

3.空载和短路实验中，为减小测量误差，应该怎样联接电压接线？用两瓦特表法测量三相功率的原理。

答：变压器空载实验中应当采用电流表内接法。

因为空载实验测量的是励磁阻抗，阻抗值较大，若采用电流表外接法，电压表会有明显的分流作用，从而产生较大的误差。

变压器短路实验应当采用电流表外接法。

因为短路实验中测量的是漏阻抗，阻抗值较小，若采用电流表内接法，会产生明显的分压作用，导致测量不准确。

4.变压器空载和短路实验时，应注意哪些问题？一般电源应接在哪边比较合适？为什么？
答：在做变压器空载实验时，为了便于测量同时安全起见，应当在变压器低压侧加电源电压，让高压侧开路。

在实验过程中应当将激磁电流由小到大递升到1.15N U 左右时，只能一个方向调节，中途不得有反方向来回升降。

否则，由于铁芯的磁滞现象，会影响测量的准确性。

在做变压器短路实验时，电流较大，外加电压很小，为了便于测量，通常在高压侧加电压，将低压侧短路。

在实验过程中应注意为了避免过大的短路电流，短路实验在较低的电压下进行，通常以短路电流达到额定值为限；外加电压应从零开始逐渐增大，直到短路电流约等于1.2倍额定电流；在实验过程中要注意变压器的温升。

三．实验内容及步骤
3.1实验内容 1.测变比K 。

2.空载实验，测取空载特性。

U 0＝f(I 0) P 0＝f(u 0) co s?0＝f(u 0) 3.短路实验，测取短路特性
U k ＝f(I k ) P k ＝f(I k ) co s?k ＝f(I k )
接线图见篮色部分 3.2变压器变比的测量
按上图调压器原边接电源，付边接电流插合一边，电流插合另一边接变压器低压绕组，
高压绕组开路，合上电源开关K ，调节调压器付边输出电压，合外施电压为低压绕组额定电压的一半左右（即U 20≈0.5U 2N ）对应不同的外施电压，测量高低压绕组的U AB ,U BC ,U CA ,U ab ,U bc ,U ca ,对应不同外施电压测量三组数据。

记录于下表： 序号 UAB
Uab KA UBC Ubc KB UAC Uac KC
K
伏 伏
伏
伏
伏
伏
1 171.1 100 1.711 174.0 100.7 1.728 171.5 99.8 1.718 1.719
2 154.6 90 1.718 157.4 91.2 1.726 154.6 89.9 1.720 1.721 3
137.2
80
1.715 140.3 81.2 1.728 137.0 79.7 1.719 1.721
注意：3
C
B A K K K k ++=
而 K A =
ab
A B ab
U A B U U U =
3
3
同理 bc
BC U U B K =
ac
AC U U Kc =
变比K 是三次数据的平均值。

3.3变压器空载实验
实验线路如上图空载实验在低压侧进行，调压器原边接电源，付边接电流插合一端，电流插合别一端接低压侧首端a,b,c,高压侧开路。

仪表接线如下图
合上电源开关K 之前，应将调压器手柄调到输出电压为零的位置，然后闭合开关K ，将电流插销插入插盒，电压测针插在正确位置。

调节调压器使输出电压为低压绕级额定电压1.1到1.2倍，记下每一组数据，然后单方向逐次降低电压，每次测量低压侧空载电压，电流及功率（用两瓦法测三相功率时，其两次功率读数就是a 相电流，ab 相电压，这是功率是P ab, 和c 相电流，bc 相电压，这时功率是P bc ；b 相电流，和ac 相电压。

功率不计。

在测时应该注意正负，主要看功率表指针方向。

如果打反针则要将插梢换个方向。

）测7到8组数据记录于下表。

三相总功率等于P ab ，P bc 的代数和。

序号 1 2 3 4 5 6 7 Uab/V 420 380 320 280 230 190 150 Ubc/V 420 384 320 281 231 189 150.3 Uac/V 419 380 319 279 229 189 148.4 Ia/A 0.53 0.41 0.30 0.25 0.20 0.17 0.14 Ib/A
0.53
0.42
0.30
0.25
0.20
0.17
0.14
Ic/A 0.56 0.44 0.31 0.26 0.21 0.18 0.15
Pab/W -60 -34 -12 -5 -1.3 -0.1 -0.3
Pbc/W 168 125 81 61 41.5 29.3 19.8
3.4变压器短路实验
接线图如下
短路实验在高压侧进行，高压绕组经电流插盒和调压器接至电源，低压绕组用较粗导线直接短路。

仪器接线同上，仪表选择原则是：电流表量程大于高压边额定电流，电压表应是低量程的，因为短路电压只有额定电压的百分之几，而功率表应选高功率因素瓦特表。

为减小测量误差，电压接线应接至上图中的A，B，C位置（即电流之后或负载端）。

合上电源之前，一定要注意将调压器手柄置于零的位置。

然后接入仪表，合上电源开
关K，缓慢调节调压器输出，使短路电流I
k 达到高压绕组的额定电流I
1N。

在I
k=
I
1N
到0.4I
1N
范围内较快测取4，5组数据（因短路电流较大，为避免变压器发热而烧坏，故第一组应动作迅速）其测量顺序同空载顺序（用两瓦法测三相功率时，其两次功率读数就是a相电流，
ab相电压，这是功率是P
ab, 和c相电流，bc相电压，这时功率是P
bc
；b相电流，和ac相
电压。

功率不计。

在测时应该注意正负，主要看功率表指针方向。

如果打反针则要将插梢
换个方向。

）三相总功率等于P
ab ，P
bc
的代数和。

并将数据记录于下表。

序号短路实验数据
UAB UBC UAC IA IB IC PAB PBC 伏伏伏安安安瓦瓦
1 29.6 31.0 29.9 5.0 5.
2 5.4 -4.0 145.0
2 26.5 28.1 26.4 4.5 4.6 4.9 -3.8 118.0
3 23.
4 24.
5 23.2 4.0 4.1 4.2 -2.3 90.0
4 21.3 23.3 21.1 3.
5 3.8 4.0 -3.9 79.0
四．计算与分析
4.1计算变压器变比K
实验测得数据见下表：
序号UAB Uab KA UBC Ubc KB UAC Uac KC K 伏伏伏伏伏伏
1 171.1 100 1.711 174.0 100.7 1.728 171.5 99.8 1.718 1.719
2 154.6 90 1.718 157.4 91.2 1.726 154.6 89.9 1.720 1.721 3
137.2
80
1.715 140.3 81.2 1.728 137.0 79.7 1.719 1.721
所以最后取K 平均值得： 4.2变压器空载实验 实验测得数据见下表： 序号 1 2 3 4 5 6 7 Uab/V 420 380 320 280 230 190 150 Ubc/V 420 384 320 281 231 189 150.3 Uac/V 419 380 319 279 229 189 148.4 Ia/A 0.53 0.41 0.30 0.25 0.20 0.17 0.14 Ib/A 0.53 0.42 0.30 0.25 0.20 0.17 0.14 Ic/A 0.56 0.44 0.31 0.26 0.21 0.18 0.15 Pab/W -60 -34 -12 -5 -1.3 -0.1 -0.3 Pbc/W
168
125
81
61
41.5
29.3
19.8
计算公式：30ac bc ab U U U U ++=
；30c b a I I I I ++=；bc ab P P P +=0；0
00
03cos I U P =θ
根据以上公式处理上表中的数据，得到的结果见下表：
序号 空载实验数据
1 419.7 0.540 108.0 0.275
2 385.
3 0.423 91.0 0.322 3 319.6 0.303 69.0 0.411
4 280.0 0.253 56.0 0.456
5 230.0 0.203 40.2 0.497
6 189.3 0.173 29.2 0.515 7
149.6
0.143
19.5
0.526
根据该表所得数据，用MATLAB 软件做出空载特性曲线 1.空载电压与空载电流关系：)(00I f U =
2.空载损耗与电压关系：)(0o u f P =
3.功率因素和空载电压的关系：)(cos 00u f =θ
4.3变压器短路实验
变压器短路实验数据见下表：
序号
短路实验数据
UAB UBC UAC IA IB IC PAB PBC
伏
伏
伏
安 安 安 瓦
瓦
1 29.6 31.0 29.9 5.0 5.
2 5.4 -4.0 145.0 2 26.5 28.1 26.4 4.5 4.6 4.9 -3.8 118.0
3 23.
4 24.
5 23.2 4.0 4.1 4.2 -2.3 90.0 4
21.3 23.3 21.1
3.5
3.8
4.0
-3.9
79.0
计算公式：3AC BC AB k U U U U ++=
；3C B A k I I I I =+=；BC AB k P P P +=；k
k k
k I U P 3cos =θ
根据以上公式处理上表中的数据，得到的结果见下表：
序号 短路实验数据
1 30.
2 5.2 141.0 0.518 2 27.0 4.7 114.2 0.520
3 23.7 4.1 87.7 0.521 4
21.9
3.8
75.4
0.523
根据该表所得数据，用MATLAB 软件做出空载特性曲线 1.短路电压和短路电流关系：)(k k I f U = 2.短路损耗与短路电流关系：)(k k I f P = 3.功率因素与短路电流关系：)(cos k k I f =θ 4.4参数计算
计算空载参数：（以N U U 20=时的数据计算） Ω=⨯==
≈5.169423.0391
3220
00I P r r m ；
Ω=⨯==
≈9.525423
.033
.3853000I U Z Z m ； Ω=-=-=8.4975.1699.525222
2
m m m r Z X ； 标幺值：（N U 2和N I 2均为相值） 02.73/38009.95.169.
22*=⨯==N N m m U I r r ； 79.213
/38009
.99.525.
22*=⨯==N N m m U I Z Z ； 计算短路参数：（取N k I I 1=时的数据计算） Ω=⨯==
74.12.53141322k
k k I P r θ； Ω=⨯==
35.32
.532.303k k k I U Z ； 折算到基准工作温度下的短路参数： Ω=++=12.220
23575
23575θk k r r ；
Ω=+=+=56.386.212.222275275k k k x r Z ； 标幺值：（N U 1和N I 1均为相值）
4.5画出变压器“T ”型等效电路，并将各参数用标幺值标注在电路图中。

其中近似为：0145.021**2*1===k r r r ，0195.021
**2*1===k X X X
4.6计算短路电压百分数（N U 1和N I 1均为相值）
4.7计算额定负载时的电压变化率（8.0cos 2=θ和1cos 2=θ） 额定负载时1==
N
k
I I β。

由公式)sin cos (%22θθβkx kr U U U +=∆得： 当8.0cos 2=θ时，%69.4%=∆U 当1cos 2=θ时，%93,2%=∆U
4.8计算额定负载时的效率（8.0cos 2=θ）
五．实验感想
在做这次实验之前，我们小组成员已经充分预习了相关的知识，为这次实验打下了坚实的理论基础。

本以为当天做实验时可以信手拈来，轻松完成，没想到还是遇到了不少的问题。

在做三相变压器变比测量实验时，我们最初测量得到的V U AB 306=，
V U U AC BC 212==，这让我们十分费解，因为理论上来说它们的值应当是几乎相同的。

于是
我们请教了实验课老师，老师一开始也并不清楚这其中的缘由，便叫我们重新换一台仪器做实验。

我们当时天真地以为应该可以得出正确的结果了，但没想到发现数据有相同的错误，这时老师敏锐地察觉到了其中的问题，是由于变压器的绕组的接线方式接错了（不过我们连续遇到的两台仪器都有接线错误，那也是蛮拼的）。

我们不禁感慨，我们尽管花费了大量时间学习理论知识，但在做实验时却无法运用所掌握的知识来找到数据结果错误的根源，这说明我们对知识的理解并不深刻而是仅仅局限于课本上的习题，无法运用到实际中来。

所以在今后的学习中，我会更加关注于知识本身而非如何用所学的知识做题和考试，只有真正的领悟到了专业知识的精髓，才能将其应用在实际生活的方方面面。

在撰写实验报告期间，为了能够写一份规范，优秀的实验报告，我们可谓是煞费苦心。

为了让体现参数间关系的坐标图可以画的更好，我们不得不自学了MATLAB 软件的使用方法。

同时对Word,Excel 等办公软件的使用更为熟练了，这些都是在课本中所学不到的。