实验四 单相变压器的空载

实验四单相变压器的空载、短路和负载特性
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，测取变压器的工作特性
二、实验项目
1、测变比K
2、空载实验测取空载特性： I
0=f
（
U
0），
P
=f(U
),cosφ
=f（U
）。

3、短路实验测取短路特性：P
k 、U
k
、cosφ
k
=f（I
k
）。

4、负载实验（1）纯电阻负载外特性（2）电感负载外特性
三、实验设备与仪器
单相变压器、调压器、电气仪表、双刀开关、电阻器、电抗器。

四、实验说明
（一）测变比k
1、实验接线如图1-1所示。

电源开关K
1、
、
调压器T
1
接至变压器T低压绕组。

变
压器
T高压绕组开路。

2、闭合电源开关K
1。

调节变压器T低压绕组外施电压，使U
︾05 U
N。

3、对应于不同的外施电压U
1，测量T低压绕组侧电压U
ax
及高压绕组外施电压
U
AX.。

共取数据3组，记录于表1-1中。

图中 T
1
——三相调压器 T——三相变压器
图1-1 测变比接线图
表1-1 测定单相变压器变比
（二）空载实验
1、实验接线图，如图1-2
2、实验步骤
闭合开关K 1，调节调压器T 1，使变压器T 低压侧外施电压至1.2U N 。

逐次降低
外施电压，每次测
量空载电压U 0、空载电流I 0、空载损耗P 0，共取数据6组（包括U 0=U N 点，在该点
附近测点应较密），
记录于表1-2中。

图1-2 空载实验接线图
（三）短路实验
1、实验接线图，如图1-3
图1-3短路实验接线图
2实验步骤
①闭合开关K ，接通电源。

逐渐增大外施电压，使短路电流升至1.1I N 。

②在（1.1~0.5）I N 范围内，测量短路功率P K ，短路电流I K ，短路电压U K 。

③共取数据5组（包括I K =I N ），记录于表1-3中。

（四）负载实验
1、实验接线图，如图1-4
2、实验步骤
（1）纯电阻负载实验（cos φ2=1）
①变压器T 二次侧经开关K 2接可变电阻器R L （灯箱或变阻器）。

将负载电阻调
至最大值。

②闭合开关K 1，调节外施电压，使U 1=U 1N 。

③闭合开关K 2，并保持U 1=U 1N 不变，逐次减少负载电阻，增加负载电流。

④使输出电流从零（I 2=0，U 2=U 20）变化至额定值，在此范围内测量输出电流I 2和电压U 2。

⑤共取数据6组（包括I 2=I 2N 点），记录于表1-4中。

图1-4 负载实验接线图
表1-4 单相变压器纯电阻负载实验 （cos φ2=1，U 1=U 1N = V ）
（2）电感性负载（cos φ2=0.8）
①在以上纯电阻负载实验线路中，再增加一个电抗器L ，把它与可变电阻器R L
并联（或串联）组
成变压器的感性负载。

为监视负载功率因数，需在变压器输出端接功率因数表。

变压器T 接通电
源前，须把负载电阻器R L 及电抗器L 调至最大值。

②闭合开关K 1、K 2。

调节变压器T 外施输入电压，使U 1=U 1N 。

③保持U 1=U 1N ，cos φ2=0.8不变，逐次减小负载电阻R L 和电抗L ，增加负载电流。

④在负载由零增至额定值范围内，测量输出电流I 2和电压U 2。

共取数据6组，记录于表1-5中。

五、 实验报告
1、计算变比
取平均值计算被测试变压器的变比
1、 根据空载实验数据（表1-2中记录数据），作空载特性曲线并计算励磁参数
（1）作空载特性曲线
①计算U*0、I*0和cos φ
U*0=
N
U
U 0
I*0=
N
I I 0
cos φ0=
00
I U P
②将计算的数据填入表1-2中，并根据数据作空载特性曲线I 0=f （U 0）、P 0=f （U 0）和
cos φ0=f （U 0）。

（2）计算励磁参数
从空载特性曲线上查得空载电压为额定电压（U 0=U N ）时的I 0及P 0，用以计算励磁参数
①由于空载电流很小，空载铜耗可以忽略，认为空载实验所测功率即为变压器的铁耗。

因此，
励磁电阻为 R /m =
2
0I P
②励磁阻抗（忽略一次绕组的漏阻抗） Z /
m =
0I U
③励磁电抗 X /
m =
2
/2/m m R Z
④将励磁参数归算到高压侧。

因空载实验是在低压侧进行的，故将励磁参数归算到高
压侧为
R m =k 2R /m Z m =k 2Z /m X m =k 2X /m
1、
根据短路实验数据（表1-3记录数据），作短路特性曲线并计算短路参数
（1） 作短路特性曲线U k =f(I k )、P k =f(I k )和cos φk =f(I k ) 式中 cos φk =
k
k k I U P
（2）计算短路参数
从短路特性曲线上查得短路电流等于额定电流（即I K =I N ）情况下的短路电压U k 和短路损耗P K 。

① 计算实验温度θ下的短路参数
Z k =
k
k I U
P k =
2k
k
I P
X k =
2
2
k
k R Z -
② 计算基准工作温度下的短路参数R K75℃（换算方法参考2.2）和Z K75℃（注：F 、
H
级绝缘的基准工作温度为115℃）
Z k75℃=
2
2
75k
　℃k X
R +
③计算短路电压（阻抗电压）百分数
u k ％=
％U Z I N
℃
k N 10075⨯
u kR ％=
％U R I N
℃
k N 10075⨯
u kx ％=
％U X I N
k N 100⨯
u k ％——阻抗电压百分数。

中小型电力变压器为3％~8％；大型电力变压器为8％
~15％。

④计算短路电流为额定电流时的短路损耗。

P kN =I 2KN R k75℃ 式中：P KN ——短路电流等于额定电流时的短路损耗，单位为W 。

2、根据空载和短路实验测定的参数，画出被测试变压器的“T ”型等效电路图
3、根据负载实验数据，计算电压变化率△u （1）作纯电阻负载的外特性曲线
根据表1-4的数据，绘出外特性曲线U 2=f (I 2) （2）作电感性负载的外特性曲线
根据表1-5的数据，绘出外特性曲线U 2=f(I 2)。

（3）按下式分别计算两种性质负载（cos φ2=1，cos φ2=0.8） 下被测试变压器的电压调整率△u ：
△ u%=β（U KR cos φ2＋u kR sin φ2）%
式中：β——变压器的负载系数，β=
N
I I 22。

将上式计算结果与由外特性曲线所得的结果△u ％=
％U U U N
N 10022
2⨯-进行比
较，并分析负
载性质对变压器输出电压U 2的影响。

4、确定变压器的效率η
（1）用间接法计算功率因数cos φ2=0.8时，不同负载电流时被测试变压器的效率
η=
％P P 1001
2⨯=
％P P P P kN
1002
022
⨯++β
式中：P 2=βS N cos φ2，单位W ；β为负载系数；S N 为变压器的额定容量，单位VA ；P 0为额定电压下 的空载损耗，单位W 。

①取β=0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.2，计算出各点效率。

③ 将计算数值记录于表1-6中。

（2）计算被测试变压器最大效率时的负载系数
βm =
KN
P P 0
六、预习要点
（1）在空载与短路实验中，各种仪表怎样联结才能使测量误差最小？ （2）如何用实验方法测定变压器的铁耗与铜耗？
（3）变压器空载及短路实验时应注意哪些问题？一般电源应接在哪一方比较合适？
变压器的极性和组别的测定Ⅱ
一、实验目的
1、掌握用实验方法测定三相变压器的极性；
2、掌握用实验方法判别三相变压器的联结组。

二、实验项目
1、测定变压器原，付绕组间的相对极性——极性测定
2、测定变压器各相绕组间的相对极性——绕向测定
3、测定Y，y o,Y,d ll三相变压器的组别——组别测定
三、实验设备与仪器
三相变压器、三相调压器、电气仪表、三相开关。

四、实验说明
1、交流法
（1）实验接线图，如图2-1所示
（a）（b）
图2-1 T
1
——三相调压器 T——三相变压器（2）实验步骤
①按图2-1接线，在变压器原，付绕组各端点上，随意标上AX和ax，如图2-1（a）及（b）所示
②将A点和a点相接，将调压器的手炳放在零位，然后合上电源开关K
1
，调节原
边（高压边）电压到220伏，用电压表测量电压U
AX 、U
ax
、U
Xx
的数值，记入表2-1中。

如果
U Xx =U
AX
-U
ax
<U
AX
表示端点A与端点a为同极性种标记的变压器称“减极性”变压器。

如果
U Xx =U
AX
+U
ax
＞U
AX
表示端点A与端点a为异极性，这种标记的变压器称“加极性”变压器。

表2-1
2．直接法
（1）实验接线图，如图2-2所示
图2-2
（2）实验步骤
①按图2-2接线，变压器原边（高压边）的端点A接电池正极，X端接电池负极，付边（低压边）的端头接检流计。

②接能开关K，在通电瞬间，注意观察检流计指针的偏转方向，如果检流计的指针正方向偏转，则表示变压器接电池正极度的端头和接检计正极的端头为同极性，如果检流计的指针负方向偏转，则表示变压器接电池正极的端头和接检流计负极的端头为同极性。

（二）绕向的测定
1．实验接线图，如图2-3所示
2．实验步骤
（1）按图2-3（a）接线，在变压器三相绕组的端点上随意标上AX、BY和CZ。

（2）将X、Y两端点相接，并将调压器把手放在零位，然后合上电源开关K
1
，调节外施
电压U
1=220伏，测取电压V
1
和V
2
的读数，记入表2-2中。

如V
2
=0，则表示AX和BY的标记
正确如V
2=V
1
，则表示AX和BY的标记错了，应将BY的标记对换一下即可
图2-3（a）
图2-3（b）
表2-2
（2）按图2-3（b）接线，用同样方法对B、C相做实验，以判断C、Z的标记是否正
确，将测的电压V 1和V 2的读数，亦记入表2-2中。

（三）Y ，y o ，y , d 11三相变压器组别的测定 1．交流电压表法
（1）按图2-4接线，将高压测和低压测两个相同的出线端（即A 与a ）用导线相连，
高压绕组接电源（即接调压器的输出端）做Y,yo 组别的测定。

图2-4
（2）将调压器的调节手柄放在零位，然后合上电源开关K 1，逐步调节调压器的输
出电压，将低压侧电压Uab 调到100伏，然后用电压表分别测量U Bb 、U Bc 、Vcb 、V Cc 及高压侧线电压U AB 值，并记入表2-3中。

（3）读取数值后，将电压降到零值，然后断开电源，接图2-5改变接线，做Y ，d11
组别的测定。

图2-5
（4）同步骤（2）对低压侧施加100伏电压，（即U ab =100伏）然后用电压表分别测量电压VBb 、U Bc 、VCb 、U Cc 及高压U AB 值，并记入表2-4中
2．直流感应法
（1）实验接线图，如图2-6 （2）实验步骤
①按图2-6进行接线，高压侧接电池，低压侧侧接检流计，做Y,yo 的组别测定，
接线时应注意电池和检流计的极性必须正确如表2-5所表明。

②合上开关K将高压侧AB端接通电源，在接通瞬间注意观察低压侧三个检流计的摆动方向，同时测取三个检流计的读数并记表2-5中。

③同步骤②依次对高压侧BC端进行通电，并将低压侧三个检流计的读数记入表2-5中。

将检流计的指示情况与表中已列出的极性规律进行对照，以判断所属组别。

④按图2-7改变接线，重复上面实验，将检流计的读数记入表2-6中，将检流计的指示情况与表中已列出的极性规律进行对照以判断属组别。

图2-6 图2-7
(有*者表示大数，一般较其它两项大一倍左右)
(“＋”“－”的数值相近较大，“0”的数值一般为大数的1/2左右) 五、实验报告
1．记录仪器和设备的名称，规格和数量等。

2．绘出三相变压器用交流法测定组别的实际接线图。

3．根据交流法所测的数据（表2-3、表2-4），绘出Y,yo和Y,d11联接的原，付边线电压关系图，并与用公式见（表2-7）计算的结果进行对照判断
六、预习要点
（1）我国有哪几种标准的三相变器联接组？
（2）如所有Y，yo、y,d11联接组相量图分别是怎样的？。