3-5 变压器的运行特性
电机学变压器基础知识详解
试验时的室温
7）若要得到低压侧参数，须折算； 短路试验时电压加在高压侧，测出的参数是折算到高压 侧的数值，如需要求低压侧的参数应除以k2。
k：高压侧对低压侧的变比
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《电机学》 第三章 变压器
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8）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相
值；
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如电力变压器的短路阻抗标幺值zk*=0.03~0.10， 如果求出的短路阻抗标幺值不在此范围内，就应 核查一下是否存在计算或设计错误。
例如 p138 I0*、 zk*的范围
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《电机学》 第三章 变压器
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② 采用标幺值时，原、副边各物理量不需进行折算， 便于计算。 如副边电压向原边折算，采用标幺值：
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要求及分析 1）高压侧加电压，低压侧短路；
由于变压器短路阻抗很小，如果在额定电压下短 路，则短路电流可达（9.5～20）IN，将损坏变压器， 所以做短路试验时，外施电压必须很低，通常为 （0.05～0.15）UN，以限制短路电流。
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《电机学》 第三章 变压器
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3-6 标么值 一、定义
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实际值：有名值
在电力工程中，对电压 、 电流 、 阻抗和功率等物理量
的计算，常常采用其标么值。
先选定一个物理量的同单位某一数值作为基准值
（简称基值）然后取该物理量的实际值与该基准值
相比所得的比值即称为该物理量的标么值，即
变压器运行特性分析报告
课程设计名称：电机与拖动课程设计题目：变压器运行特性分析计算专业：班级：姓名：学号：课程设计成绩评定表变压器在我们的生活中无处不在，为了适应不同的使用目的和工作条件，现实生活中有很多种类型的变压器，常用的变压器有：电力变压器、特殊用途的电源变压器、测量用变压器、控制变压器，且这些类型的变压器在结构和性能上的差别也很大。
虽然这些变压器有所不同，但是它们的基本原理是相同的。
本设计通过对变压器的变换关系即电压变换、电流变换、阻抗变换，分析研究出变压器运行时的基本方程式，并通过相应的折算得出变压器的等值电路，从而完成对变压器空载，变压器负载运行，变压器空载合闸，变压器副边突然短路时的分析与计算。
为了简化计算、减少计算量，本设计在相应的计算上使用MATLAB软件进行辅助。
通过本设计的研究计算能对变压器的分析和计算方法有初步的了解，对变压器出现空载、负载运行、空载合闸、副边突然短路时的电压、电流变化有准确的认识。
关键词：变压器；基本方程式；折算；等值电路；MATLAB计算1 变压器结构及其组成部分 (1)1.1变压器的基本结构 (1)1.1.1铁芯 (1)1.1.2绕组 (1)1.1.3油箱和冷却装置 (2)1.1.4绝缘套管 (2)1.1.5其他构件 (2)1.2变压器的额定值 (2)2变压器的变换关系 (4)2.1电压变换 (4)2.2电流变换 (4)2.3阻抗变换 (5)3变压器等值电路及其折算关系 (6)4变压器空载时的分析与计算 (8)5变压器负载运行时的分析与计算 (9)6变压器副边突然短路时分析计算 (10)7结论 (11)8心得体会 (12)参考文献 (13)1 变压器结构及其组成部分1.1 变压器的基本结构电力变压器主要由铁芯、绕组、变压器油、油箱、绝缘套管组成组成。
铁芯和绕组是变压器的主要部分，二者装配到一起称为变压器的器身。
图1-1为油浸式变压部结构示意图。
图1-1 油浸式变压部结构示意图1.1.1 铁芯铁芯是变压器的主磁路，又是变压器器身的骨架。
变压器的电路理论
组匝数的不同。
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山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作
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变压器的空载运行
实用公式U1/U2=W1/W2，就是设计制造变压器时， 实现变换电压的依据。 应当着重指出， 原绕组的
匝数并不是可以任意选定的， 它必须符合如下式:
W1
U1 4.44 fBmS
式中，U1为电源电压(V); Bm为磁通密度的最大值(T) 通常在采用热轧硅钢片时约取 1.1～1.47 T； 对冷
成尖顶波，见下图。饱和程度越高，磁化电流的波
形畸变的越厉害。
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变压器的空载运行
t o
o t1 t2 t3
o
t1
由于电流为尖顶波，所
t2
t3
以可分解为基波和一系
im1
列奇次谐波分量，以三 im3
次谐波最大。
t
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若设 i0 2I0sint
可用相量表示， 则
E1 jI0x1
漏电势可以写成电抗(这里是漏抗)压降的形式。
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变压器的空载运行
2. 电势平衡方程式 根据规定的各物理量的正方向，可以列出变压器
空载时的电势平衡方程式。应用基尔霍夫第二定
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变压器的空载运行
由于漏磁路主要经过空气隙，其磁导率μ0是常数， 所以电流增大， 漏磁链也成正比增加， L1σ为常数 而与电流大小无关， 故漏感电势可以如下表示:
3、变压器-参数测定和运行特性
课程导入
通过漏磁抗必然产生电压降。
课程讲解
压变化。我们将这种变化规律称之为外特性。
I2≠0
E
U
负载变化导致电流变化，电流变化导致电
1
I1
1
1
E1
σ
Φ1
Φ2
E
Z
σ
σ
2
L
外特性：在一次侧加额定电压，负载功率因
课程总结
数COSφ2一定时，二次侧电压U2随着负载电
U1N=3300V,I0=0.08A,P0=80W,高压侧加电压时的短路试验数据：
课程讲解
UK=180V,I1N=6.06A,PKN=240W,试验温度25℃，求(1)这台变压器的等效电路参数；
（2）这台变压器的I*0,uk,Z*m,Z*k,P*0.
课程总结
课后作业
厚德笃学、砺能敏行
变压器的运行特性
折算到高压侧，应将上式求得数值乘以变比的平方。
二、短路试验
课程导入
☆ 试验方法：将变压器二次侧短路，一次侧施加
一很低的电压，以使一次侧电流接近额定值。测得
一次侧电压 Uk，电流 I1N，输入功率 PkN
课程讲解
（1）试验线路
课程总结
为了方便，选择在高压方一侧。
在低压方做短路试验时，负载损耗值不变，但 Uk太小, Ik 太大，调节设备难以满足要求，
m = =
X m = −
课程总结
课后作业
m = =
=
X m = −
需要强调的是：由于励磁参数与磁路的饱和程度有关，所以应取额定电压下的数据来
计算励磁参数。
变压器的运行特性
电感性滞后
变压器外特性曲线图
Part 3 变压器的效率
由于损耗的存在，变压器在传递能量过程，致使输出功率P2 < 输入功率P1，输出功率P2与输入 功率P1的比值称为效率η
损耗
铁损耗 铜损耗
磁滞损耗 由铁心磁阻所产生的的损耗，硅钢片能减少这种损耗 取决于铁心的磁通大小和交变频率，铁心采用片状结
涡流损耗 构叠加可减少这种损耗
变压器的电压变化率 变压器的外特性 变压器的效率
知识内容
课外拓展 测取实训室变压器的负载特性
产业信息
电力变压器是电力系统的枢纽设备,在变电站中,主 变压器能否安全可靠运行,直接关系到电网的安全 运行。要不断提高主变压器的运行、维护、检修 水平。
本节内容 到此结束
基本铜损 一次、二次绕组内直流电阻所引起 的直流电阻损耗 由集肤效应和邻近效应使绕组有效电阻变大所增加的
附加铜损 损耗
Part 3 变压器的效率
PFE
变压器损耗
PCU
铁损耗（不变损耗）
铁损耗用PFE表示，其 与外加电压大小有关， 而与负载大小基本无关 ，故也称为不变损耗。
铜损耗（可变损耗）
铜损耗用PCU表示，其 大小与负载电流平方成 正比，故也称为可变损 耗。
电机与电气控制技术
Part 1 变压器的运行特性
外特性
运行特性
效率 特性
主要指标：电压变化率、效率
Part 2 电压变化率
变压器一次绕组加额定电压，负载的功率因数一定，空载与额定负载时 二次侧端电压之差（U2N -U2）与额定电压U2N的比值，用ΔU%表示
• 空载时，U20=U2N • 负载时，U2随负载的变化而变化 变化率 电压变化率ΔU%与变压器内阻抗大小、负载电流及负载类型有关，反映了变压器 输出电压的稳定性及电能的质量。
第2章变压器
2.1 变压器的工作原理
1. 电压变换 一次侧电路 E1 =－j4.44 N1f Φm
+ i1
U1 = －E1 + (R1 + jX1) I1 = －E1 + Z1I1
※ R1 ：一次绕组电阻。
u1
－
－ e1 ＋
i2 ＋ ＋ e2 ZL u2 － －
图形符号表示的电路图
X1 ：一次绕组漏电抗。 Z1 ：一次绕组漏阻抗。 忽略 Z1 ，则 U1≈－E1
大连理工大学电气工程系
第 2 章 变压器
2.3 变压器的运行分析
一、等效电路
将匝数为N2的实际二次绕组用匝数为N1的等 效二次绕组来代替。代替时保持磁通势和功率不 变。
二次绕组的折算公式：
1. 折算后的二次绕组电流 磁通势不变： N1I2' = N2I2 N2 I2 I2' = N I2 = k 1
大连理工大学电气工程系
2.3 变压器的运行分析
2. 折算后的二次绕组电压和电动势 输出视在功率不变： U2'I2' = U2 I2 I2 U2' = U2 = kU2 I2' 匝数相同： E2'= E1 = kE2
大连理工大学电气工程系
2.3 变压器的运行分析
3. 折算后的二次绕组漏阻抗和负载阻抗 有功功率不变
大连理工大学电气工程系
2.2 变压器的基本结构
(2) 低压绕组额定线电流 SN I2NL = I2N = 3 U1N 500〓103 = A 26.24 A 3 1.732〓11〓10 因低压绕组为△形联结，额定相电流为 I2NL 26.24 = A 15.15 A I2NP = 3 1.732
变压器的运行原理与特
图2.4 变压器空载时的等效电路
(2-19)
图2.5 变压器的负载运行示意图
2.2 变压器的负载运行
负载运行时的物理情况 电动势平衡方程式 在原方，电动势平衡方程式为 在副方，电动势平衡方程式为 式中 ——副绕组的漏阻抗； ——副绕组的电阻和漏电抗。
05
(2-2)
06
式中 E1，E2——主磁通在原、副绕组中感应电动势的有效值；
1
N1，N2——原、副绕组的匝数；
2
f——电源的频率；
3
E1σ——原绕组漏感电动势的有效值；
4
Φ1σm——原绕组漏磁通的最大值。
5
电动势平衡方程式
6
按图2-1规定的正方向，空载时原方的电动
7
势平衡方程式用相量表示为 将漏感电动势写成压降的形式 式中 ——原绕组的漏电感； ——原绕组的漏电抗。 将式(2.9)代入式(2.8)可得
指标总在一定的范围之内，便于分析比较。例如短路阻抗 = 0.04～0.175，空载电流 = 0.02～0.10。 采用标幺值，某些不同的物理量具有相同的数值。例如：
01
(2-38)
02
(2-39)
变压器的运行特性 电压变化率 定义 ΔU%的简化计算公式
01
02
01
图2.14 ΔU %的图解法
(2-20)
(2-21)
2.2.3 负载运行时的磁动势平衡方程式 或 将上式进行变化，可得 或
1
2
(2-23)
3
(2-22)
2.2.4 变压器参数的折算 副方电流的折算值 设折算后副绕组的匝数为 ，流过的电流为 ，根据折算前后副方磁动势不变的原则，可得 ，即 副方电动势的折算值
变压器的空载运行特性介绍
变压器的空载运行特性介绍一、电磁物理现象1、磁通：(1) 主磁通(Φ)----由一次绕组电流产生，同时交链一、二次绕组的磁通。
沿铁芯路径闭合，磁阻小、会饱和，由电磁转换传递功率。
(2) 一次漏磁通(Φ1σ)----由一次绕组电流产生，只交链一次绕组的磁通。
沿空气回路闭合，磁阻大、不会饱和，不传递功率。
2、其他：(1) 空载运行----运行时一次绕组加电压，二次绕组开路，输出电流为零。
(2) 空载电流（i0）----空载运行时，一次绕组所加电流（i1=i0）。
(3) 励磁电流（im）----空载时，不输出电流，则输入电流全部用于建立磁场，故im= i0 。
(4) 电磁关系：二、正方向的规定1、目的：对交变的量，规定了正方向，才能列写电压方程。
2、应用：当求解出的电压、电流、磁势、磁通等为正值，代表实际方向同规定的正方向，为负，代表实际方向与规定的正方向相反。
3、选择：电流g磁通，右手螺旋；磁通g电势，也是右手螺旋。
三、感应电动势、电压变比1、电压平衡式：2、电势：3、变比：四、励磁电流引言：忽略电阻压降、漏电势有：，当外施电压大小、波形（正弦）一定，则磁通的大小和波形也一定，磁通Φ为“正弦基波”，产生磁通的励磁电流im(i0)如何？1、磁路饱和对励磁电流的影响(1) 当磁路未饱和时（Bm<0.8T），i0与Φ的关系曲线为线性，产生正弦波磁通，则励磁电流也按正弦变化。
(2) 当磁路饱和时（Bm>0.8T），i0与Φ的关系曲线为非线性，产生正弦波磁通，则励磁电流为对称的尖顶波变化，为便于矢量表达，取有效值相同的正弦波代之。
定义尖顶波电流（），为“磁化电流”，相位与磁通一致（同相位）。
2、磁滞现象对励磁电流的影响(1) 电流产生磁通，上升磁化曲线与下降不重合。
(2) 要产生正弦波磁通，励磁电流i0为不对称的尖顶波，可分解为一个对称尖顶波的磁化电流iμ和磁滞损耗电流ih 。
(3) 相位：，3、涡流现象对励磁电流的影响(1) 原因：交变磁通g在铁芯中感应电势g产生涡流(电流)g涡流损耗（有功损耗）。
变压器参数测定及运行特性
变压器参数测定及运行特性变压器是电力系统中最常见的设备之一、它们用于变换电压和电流，以便在输电和配电系统中传递电能。
为了保证变压器的正确运行和高效性能，需要对其参数进行测定，并了解其运行特性。
变压器的参数包括额定功率、额定电压、短路阻抗和效率等。
额定功率是变压器能够稳定输出的电功率，一般以千瓦为单位；额定电压是指变压器的额定输入电压和输出电压，通常以伏特为单位。
短路阻抗是指变压器在短路状态下产生的电阻，它决定了变压器的能耗和发热量。
效率是指变压器输入和输出功率的比值，用来衡量变压器的能量转换效率。
变压器参数的测定可以通过实际测试和计算两种方法进行。
实际测试包括测量并记录变压器的额定功率、额定电压和短路阻抗等数值，并根据相关标准进行计算和分析。
计算方法可以使用变压器的等效电路图，根据其参数进行计算，包括基本电路参数、变压器的等效电阻和自感等。
变压器的运行特性是指变压器在不同工作状态下的性能表现。
主要包括负载特性、温升特性和电压调整特性等。
负载特性是指变压器在不同负载下输出电压的变化情况，通常以电压-电流曲线表示。
温升特性是指变压器在长时间运行过程中的温升情况，可以通过测量变压器的温度来评估。
电压调整特性是指变压器在负载变化时输出电压的稳定性，它通常用电压调整率表示，即单位电压变化时的输出电压变化。
为了保证变压器的正常运行和长寿命，需要对其运行特性进行监测和调整。
当变压器的负载发生变化时，应调整调压器或负载以确保输出电压的稳定性。
如果变压器的温升超过设计标准，需要采取措施降低负载或增加散热装置来散热。
此外，定期检查变压器的绝缘性能和湿度等环境因素也很重要。
总之，变压器的参数测定和运行特性的了解对于电力系统的正常运行至关重要。
只有通过科学的测量和监测，才能保证变压器的安全性、稳定性和高效性能。
变压器运行基本原理
3、试验接线如图所示。
4、处理数据
U1= U1N时的点（U1N、I0、p0）计算励磁参数:
U1 N Zm I0 p0 Rm 2 I0
X m Z m Rm
2 2
U 20 k U1N
5、试验说明以及注意事项：p28
返回
二、短路试验
1、目的：获得短路参数Zk、 Rk、 Xk。
2、方法：在高压侧加可调的低电压，低压侧短路， 测取I1N 、Uk 、pk。 3、试验接线如图所示。
由 E U，可得：
R1
E 1 E 1 U 1 I 0 R1
U1 E1 E1 I 0 R1
原方等效电路
E1 I 0 ( R1 jX 1 )
E1 j I 0 X 1
U1 E1 I 0 Z1
E2 4.44 fN1 m
'
N1 E2 E2 kE2 N2
'
3)阻抗折算： Z 2 R2 jX 2
电阻折算： 2 2 R2 I 2'2 R2' I 电抗折算： 2 2 x2 I 2'2 x2 ' I
I2 2 R2 ( ' ) R2 k 2 R2 I2 I2 2 ' x2 ( ' ) x2 k 2 x2 I2
N2
a
u20
e1
e1σ
N1
1
e2
X
E1
x
Z0
U1
Z1
I0
I0
Z m Z1
励磁阻抗
并励直流电机实验报告
实验二直流并励电动机一.实验目的1.掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性;2.掌握直流并励电动机的调速方法;二.预习要点1.什么是直流电动机的工作特性和机械特性答：工作特性：当U = UN , Rf+ rf= C时,η, n ,T分别随P2变；机械特性：当U = UN , Rf+ rf= C时, n 随 T 变；2.直流电动机调速原理是什么答：由n=U-IR/Ceφ可知,转速n和U、I有关,并且可控量只有这两个,我们可以通过调节这两个量来改变转速;即通过人为改变电动机的机械特性而使电动机与负载两条特性的交点随之改变,从而达到调速的目的;三.实验项目1.工作特性和机械特性保持U=UN和If=IfN不变,测取n=fIa及n=fT2;2.调速特性1改变电枢电压调速保持U=UN、If=IfN=常数,T2=常数,测取n=fUa;2改变励磁电流调速保持U=UN,T2 =常数,R1 =0,测取n=fIf;3观察能耗制动过程四．实验设备及仪器1．MEL-I系列电机教学实验台的主控制屏;2．电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量MEL-13、编码器、转速表;3．可调直流稳压电源含直流电压、电流、毫安表4．直流电压、毫安、安培表MEL-06;压表MEL-06G ：涡流测功机I S ：涡流测功机励磁电流调节,位于MEL-13;2测取电动机电枢电流I a 、转速n 和转矩T 2,共取数据7-8组填入表1-8中表1-8 U =U N =220V I f =I f N = K a = Ω速特性电调= 2改变励磁电流的调速表T 2=1一7接线 f ：直流电机电枢调节电阻MEL-09 MEL-03中两只900Ω;MEL-05．直流电动机起动前, 测功机加载旋钮调至零. 实验做完也要将测功机负载钮调到零,否则电机起动时,测功机会受到冲击;2．负载转矩表和转速表调零.如有零误差,在实验过程中要除去零误差; 3．为安全起动, 将电枢回路电阻调至最大, 励磁回路电阻调至最小; 4．转矩表反应速度缓慢,在实验过程中调节负载要慢;5．实验过程中按照实验要求, 随时调节电阻, 使有关的物理量保持常量, 保证实验数据的正确性;七．实验数据及分析1.由表1-8计算出 P2和η,并绘出n 、T2、η=fI a 及n=fT 2的特性曲线; 电动机输出功率 P 2=式中输出转矩T 2 的单位为N ·m,转速n 的单位为r ／min; 电动机输入功率：P 1=UI 电动机效率 η=12P P ×100％ 电动机输入电流：I =I a +I fN 由工作特性求出转速变化率： Δn=NNO n n n ×100％ 解：对第一组数据,有：P 2=×1600×=I =I a +I fN =+0.0748A=1.1748AP1=220×= η= P 2/ P 1×100％==77％Δn=1600-1600/1600 ×100％=％ 同理可得其他数据,见表1-8;转速n 的特性曲线如下： 转矩T 2的特性曲线如下： η=fI a 的特性曲线如下： n=fT 2的特性曲线如下： 并励电动机调速特性曲线n=fUa 如下： 并励电动机调速特性曲线n=fI f 如下：2.绘出并励电动机调速特性曲线n=fU a 和n=fI f ;分析在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点;解：在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点为： 调压调速是在基速以下调节转速的方法,电压越小,转速越小;调压调速的优点：1可实现无级调速；2相对稳定性较好；3调速范围较宽,D 可达10-20；4调速经济性较好;调压调速的缺点：需要一套可控的直流电源;弱磁调速是在基速以上调节转速的方法,励磁电流减小,磁通变小,转速升高;弱磁调速的优点：1控制方便,能量损耗小；2可实现无级调速;弱磁调速的缺点：由于受电动机机械强度和换向火花的限制,转速不能太高,调速范围窄,一般要与调压调速配合使用;3．能耗制动时间与制动电阻RL的阻值有什么关系为什么该制动方法有什么缺点能耗制动时间与制动电阻RL的阻值的大小有关,制动电阻越大,制动过程的时间越长；反之制动时间越短;这是因为在能耗制动过程中,制动时间主要取决于TMn ,TMn与制动电阻成正比,所以制动电阻越大,制动过程的时间越长;采用能耗制动方法停车的缺点在于在制动过程中,随着转速的下降,制动转矩随着减小,制动效果变差;八．问题讨论1.并励电动机的速率特性n=fIa为什么是略微下降是否会出现上翘现象为什么上翘的速率特性对电动机运行有何影响答：根据并励电动机的速率特性公式,若忽略电枢反应 ,当电枢回路电流增加时,转速下降；若考虑电枢反应的去磁效应,磁通下降可能引起转速的上升,即出现上翘现象;这样的变化与电枢回路电流增大引起的转速降相抵消,对电动机的影响是使电动机的转速变化很小;2.当电动机的负载转矩和励磁电流不变时,减小电枢端压,为什么会引起电动机转速降低答：由直流电动机机械特性的表达式可知,转速与电枢电压成正比、与磁通量成反比,所以降低电压时转速下降;3.当电动机的负载转矩和电枢端电压不变时,减小励磁电流会引起转速的升高,为什么答：由于磁通与励磁电流在额定磁通以下时基本成正比,所以励磁电流减小时,主磁通也随着减小;由机械特性的表达式可知,当磁通减小时,转速升高;4.并励电动机在负载运行中,当磁场回路断线时是否一定会出现“飞速”为什么答：不一定;这是因为当电动机负载较轻时,电动机的转速将迅速上升,造成“飞车”；但若电动机的负载为重载时,则电动机的电磁转矩将小于负载转矩,使电动机转速减小,但电枢电流将飞速增大,超过电动机允许的最大电流值,烧毁电枢绕组;九、实验体会通过这次实验,我们基本掌握了用实验的方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性,知道直流电动机的调速原理并掌握了直流并励电动机的调速方法;使我们更进一步认识了直流电动机;实验三三相变压器一、实验目的1．通过空载和短路实验,测定三相变压器的变比和参数;2．通过负载实验,测取三相变压器的运行特性;二、预习要点1．如何用双瓦特计法测三相功率,空载和短路实验应如何合理布置仪表;答：在一个三相系统中,任何一相都可以成为另一相的参考点或基准点;Y型接法通常选择中性点作为参考点,即便是三相三线制也将中性点作为参考点;Y型接法的好处是每一相的电压、电流和功率都可以独立测量;如果将三相中的某一相作为参考点,就可以用两只瓦特计测量整个三相系统的功率;空载实验：低压侧接电源,功率表、电流表,高压侧开路;短路实验：高压侧接电源、功率表、电流表,低压侧短路;2．三相心式变压器的三相空载电流是否对称,为什么答：不对称;根据磁势与励磁电流的关系式、磁通与磁阻的关系式可知：当外施三相对称电压时,三相空载电流不相等,中间相B相较小,A相和C相较大. B相磁路较短→B 相磁阻较小→空载运行时,建立同样大小的主磁通所需的电流就小.3．如何测定三相变压器的铁耗和铜耗;答：空载实验测铁耗,短路实验测铜耗;4．变压器空载和短路实验应注意哪些问题电源应加在哪一方较合适答：空载实验：空载实验要加到额定电压,当高压侧的额定电压较高时,为了方便于试验和安全起见,通常在低压侧进行实验,而高压侧开路;短路试验:由于短路试验时电流较大,而外加电压却很低,一般电力变压器为额定电压的4%～10%,为此为了便于测量,一般在高压侧试验,低压侧短路;三、实验项目1．测定变比2．空载实验：测取空载特性U0=fI,P=fU,cos0=fU0;3．短路实验：测取短路特性UK =fIK,PK=fIK,cosK=fIK;4．纯电阻负载实验：保持U1=U1N,cos2=1的条件下,测取U2=fI2;四、实验设备及仪器1．MEL－1电机教学实验台主控制屏含指针式交流电压表、交流电流表2．功率及功率因数表MEL-203．三相心式变压器MEL-024．三相可调电阻900ΩMEL-035．波形测试及开关板MEL-056．三相可调电抗MEL-08五、实验方法4.纯电阻负载实验实验线路如图2-7所示在三相变压器实验中,应注意电压表、电流表和功率表的合理布置;做短路实验时操作要快,否则线圈发热会引起电阻变化;七、实验报告：1.计算变比OO Oo I U P 3cos =ϕK ϕcos 2cos ϕ2cos ϕ由空载实验测取变压器的原、副方电压的三组数据,分别计算出变比,然后取其平均值作为变压器的变比K;K=／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U O =fI O ,P O =fU O ,O ϕcos =fU O ;式中：2计算激磁参数从空载特性曲线上查出对应于Uo=U N 时的I O 和P O 值,并由下式算出激磁参数 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U K =fI K 、P K =fI K 、 =fIK ; 2计算短路参数;从短路特性曲线上查出对应于短路电流I K =I N 时的U K 和P K 值,由下式算出实验环境 温度为θO C 短路参数;折算到低压方由于短路电阻r K 随温度而变化,因此,算出的短路电阻应按国家标准换算到基准工作温度75O C 时的阻值;式中：为铜导线的常数,若用铝导线常数应改为228; 阻抗电压I K = I N 时的短路损耗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“Γ”型等效电路;5.变压器的电压变化率ΔU1绘出 =1 和 = 两条外特性曲线U 2=fI 2,由特性曲线计算出I 2=I 2N 时的电压变化率ΔU2根据实验求出的参数,算出I 2=I 2N 、2cos ϕ=1和I 2=I 2N 、2cos ϕ=时的电压变化率ΔU ; ΔU = U Kr cos 2 + U Kx sin 2将两种计算结果进行比较,并分析不同性质的负载对输出电压的影响;2cos ϕ2cos ϕ*2*26.绘出被试变压器的效率特性曲线(1)用间接法算出 =不同负载电流时的变压器效率,记录于表2-5中;表2-5 cos 2 = P o = W P KN = W式中：I P N = P 2W ； P KN 为变压器IK=IN 时的短路损耗W ；Po 为变压器Uo=UN 时的空载损耗W;2由计算数据绘出变压器的效率曲线η=fI ;3计算被试变压器η=ηmax 时的负载系数 βm = ;数据处理：Rm= Zm= Xm= R1k= Z1k= X1k= R2k= Z2k= X2k=Rk75℃= Zk75℃= Xk75℃= Uk=% Ukr=% Ukx=% Pkn=%10020220⨯-=∆U U U U =% ΔU = UKrcos2 + UKx sin2 =% βm =%100)cos 1(22*22*2*2⨯+++-=KNo N KN o P I P P I P I P ϕη2cos ϕ2cos ϕ*2绘图：1.绘出空载特性曲线图1-11、图1-124.绘出 =1 , = 两条外特性曲线U 2=fI 2图1-45.由计算数据绘出变压器的效率曲线η=fI ;图1-5图1-11图1-122.绘出短路特性曲线图1-2图1-23.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“Γ”型等效电路图1-3图1-4八、实验体会本次实验做了空载、短路实验以及负载实验,测定了三相变压器的变比和其他参数,和三相变压器的运行特性;学会了功率因素表的使用,对三相变压器有了感性的认识;实验四 三相鼠笼异步电动机的工作特性一．实验目的1．掌握三相异步电机的空载、堵转和负载试验的方法; 2．用直接负载法测取三相鼠笼异步电动机的工作特性; 3．测定三相笼型异步电动机的参数;二．预习要点1． 异步电动机的工作特性指哪些特性答：1.转速特性 2.定子电流特性 3.功率因数特性 4.电磁转矩特性5.效率特性2．异步电动机的等效电路有哪些参数它们的物理意义是什么答：励磁电阻Rs 励磁电抗Xs 转子折算到定子侧的电阻R ‘r转子折算到定子侧的电抗X ’ro 转子每相的感应电动势 E ’ro; 3．工作特性和参数的测定方法;答：通过测取输出功率求异步电动机的工作特性;由空载、短路试验测取异步电动机的等效电路的参数;三．实验项目1．测量定子绕组的冷态电阻; 2．判定定子绕组的首未端; 3．空载试验; 4．短路试验; 5．负载试验;四．实验设备及仪器1．MEL－Ⅰ电机教学实验台主控制屏;2．电机导轨及测功机、矩矩转速测量MEL-13;3．交流功率、功率因数表MEL-20;4．直流电压、毫安、安培表MEL-06;5．三相可调电阻器900ΩMEL-03;6．波形测试及开关板MEL-05;7．三相鼠笼式异步电动机M04;五．实验步骤1．测量定子绕组的冷态直流电阻;伏安法测量定子绕组电阻,测量线路如图3-1;R：四只900Ω和900Ω电阻相串联MEL-03;A：直流毫安表,采用MEL-06 200mA档;V：直流电压表,采用万用表直流20V档;符号S表示手动接或不接万用表调节R使A表分别为50mA,40mA,30mA测取三次,取其平均值,测量定子三相绕组的电阻值,记录于表3-1中;注意事项：①在测量时,电动机的转子须静止不动;电机定子一相绕组图3-1 三相交流绕组的电阻的测定先用万用表测出各相绕组的两个线端,将其中的任意二相绕组串联如图3-2所示;4．短路实验测量线路如图3-3;5．负载实验1.计算基准工作温度时的相电阻由实验直接测得每相电阻值,此值为实际冷态电阻值;冷态温度为室温;按下式换算到基准工作温度时的定子绕组相电阻：式中 r lef ——换算到基准工作温度时定子绕组的相电阻,Ω；r 1c ——定子绕组的实际冷态相电阻,Ω；θref ——基准工作温度,对于E 级绝缘为75O C ； θc ——实际冷态时定子绕组的温度,O C2.3.4. 1由短路试验数据求短路参数短路阻抗 Z K =30.5060=短路电阻R K =0.525=50 R 'X 2Z R KKK I UZ =23KK K I P r =σ1X X X O m -=空载电抗 X O =2287.5-952.6=式中 U 0、I 0、P 0 —— 相应于U 0为额定电压时的相电压、相电流、三相空载功率;激磁电抗 X m =激磁电阻 R m =230.4*39.12）（= 式中 P Fe 为额定电压时的铁耗,由图3-4确定;5.作工作特性曲线P 1、I 1、n 、η、S 、cos 1=fP 2 S 关于n 的图像P 1、I 1、cos 1=fP 2 的图像P 1,P 2,K 的关系图像如下图所示：由负载试验数据计算工作特性,填入表3-6中;表3-6 U 1 = 220V △ I f = A式中 I 1——定子绕组相电流,A ； U 1——定子绕组相电压,V ；12113r I P CU =)(2'O O U f P = S ——转差率；η——效率;6.由损耗分析法求额定负载时的效率 电动机的损耗有：铁耗 P Fe 由空载试验可得：P Fe = 机械损耗 mec 有空载试验可知P mec = P O - P Fe =定子铜耗 P cul =3×2×= 转子铜耗P cu2=×÷100=杂散损耗P ad 取为额定负载时输入功率的％; P ad =×％= 式中 P em ——电磁功率,W ；P em = P 1 -P cul - P FeP em = 铁耗和机械损耗之和为： P0′= P Fe + P mec = P O - 3I O 2r 1P0′=+=为了分离铁耗和机械损耗,作曲线, 如图3-4; 延长曲线的直线部分与纵轴相交于P 点,P 点的纵座标即为电动机的机械损耗P mec ,过P 点作平行于横轴的直线,可得不同电压的铁耗P Fe ;电机的总损耗ΣP = P Fe + P cul + P cu2 + P ad ΣP=+++=于是求得额定负载时的效率为： η=÷×100﹪=﹪式中 P 1、S 、I 1由工作特性曲线上对应于P 2为额定功率P N 时查得;七．思考题1.由空载、短路试验数据求取异步电机的等效电路参数时,有哪些因素会引起误差 答：读数时产生的误差,仪表的误差,由于实验时线圈会发热,随着温度的升高电阻也会跟着变化,这也会产生误差;2.从短路试验数据我们可以得出哪些结论 答1.有回馈电源功率;2.短路时线电压很小3.由直接负载法测得的电机效率和用损耗分析法求得的电机效率各有哪些因素会引起误差答：由直接负载法测得的电机效率主要可能引起误差的是测量读数时仪表产生的误差;由损耗分析法求得的电机效率主要可能引起误差的因素是由图像读数时产生的误差;八、实验体会通过本次实验,我们基本掌握了三相异步电机的空载和负载实验的方法,学会了用直接负载法测取三相鼠笼异步电动机的工作特性,并掌握测定三相笼型异步电动机的参数,对异步电机有了更深的了解;。
变压器的运行特性资料
U1N
*
A
φ2
E
Δ U%的简化计算公式 用变压器的简化等效电路 得简化相量图 其中U1N*=1，I1*=I2*=β
F B
I1 jxk
*
*
φ2
D
（β -U2* 称为变压器的负载系数）， 电阻压将 I1*Rk*=β Rk* ，电 I1*=－I2* φ2 抗压将 I1*xk*=β xk* 由简化相量图得 * CD DE BC cos 2 AB sin 2 U1*N U 2
η
1.0 0.8 0.6 0.4
ηmax
0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
β
讨
论
变压器效率最高点，出现在什么地方？
2 p pkN 0 在公式 (1 ) 100% 2 S N cos 2 p0 pkN d 中，取导数η对β的导数，并令 0 d
可计算出最高效率ηmax时的负载系数βm
例题 一台三相电力变压器，已知Rk*＝0.024，xk*＝ 0.0504。试计算额定负载时下列情况变压器的电压变化率 Δ U％：
（1）cosφ 2＝0.8（滞后）
（2）cosφ 2＝1.0（纯电阻负载） （3）cosφ 2＝0.8（超前） 分析：额定负载时，β ＝1；在已知 Rk* ，xk*和cosφ 2时, 可以通过公式
原边铜耗:pCu1=mI12R1 铁耗:pFe=mI02Rm
1
电磁功率:PM=mE2I2cosφ
副边铜耗:pCu2=mI22R2
2
P1
PM
P2
输出功率:P2=mU2I2cosφ
2
PCu1
PFe
第三章 变压器的基本运行原理
ｅ1的有效值为： E1 E1m / 2 N1m / 2 2 fN1m 2 即 E1 4.44 fN1m 式（3-3）
E1 j 4.44 fN1 m
式（3-6）
11
（2）由主磁通φ将在二次磁绕组上产生的感应电势
d e2 N 2 N 2m cos t dt
19
（3）空载运行时铁耗较铜耗大很多，所以励磁电阻较一 次绕组的电阻大很多；由于主磁通也远大于一次绕组的漏 磁通，所以励磁阻抗远大于漏电抗。则在对变压器分析时， 可以忽略一次绕组的阻抗。 （4）从等效电路可知，空载励磁电流的大小主要取决于 励磁阻抗。从变压器运行的角度，希望其励磁电流小一些， 所以要求采用高磁导率的铁心材料，以增大励磁阻抗。励 磁电流减小，可提高变压器的效率和功率因数。
图3-6 变压器空载 运行时的相量图
可得U1的正方向。 注意：一次绕组电阻压降i０rl与i0同 相位，一次漏抗压降i0x１σ（此项实 际很小，夸大以便作图）超前i090°；
21
？例3-1 一台三相变压器（还没讲到）
22
第二节
变压器的负载运行
变压器一次绕组接交流电源，二次绕组接有负载的运 行方式，为变压器的负载运行方式。如图3-7所示（可与 图3-1空载运行示意图对比看一看）。
式（3-22）
式中，i1L= -i2/K 被称为一次侧绕组励磁电流的负载分 量，其大小随负载变化而变化。显然，空载时，一次侧的 电流i１=i0 ，负载时，一次侧的电流i１＞i0 。
25
*讨论： 变压器空载时，二次绕组电流为零，二次侧输出功率为 零；一次绕组电流为空载电流很小，变压器从电源吸收很 小的功率提供空载损耗。 负载时，二次侧电流不为零，有功率输出，一次电流发 生变化，在一、二次侧电压基本一定时，如果二次绕组电 流增大，表明二次输出功率增大，则一次电流也增大，变 压器从电源吸收的功率增加。一、二次绕组之间没有电的 直接联系，但由于两个绕组共用一个磁路，共同交链一个 主磁通，借助于主磁通的变化，通过电磁感应作用，实现 了一、二次绕组间的电压变换和功率传递。
变压器的运行特性
i1 N1
e1
i2
e2
N2 u2
u1
L2
ZL
变压器的运行特性
i0 1
L1
i2=0
e2
N2 u2 ZL
u1
L2
N1
e1
因为是空载运行，二次绕组开路，所以电流i2=0。 电流i1是产生磁通Φ的全部原因。此时称为空载电流i0 因为i0只用于产生主磁通，所以原绕组是一个纯电感电 0 路。 i0滞后u190 ，电动势e1与u1反相。e1与e2同相 · U1
变压器的运行特性
五、变压器的空载运行相量图
为了直观的表示各物理量之间的大小关系和相位关系，
可在一张相量图中将各个物理量用相量的形式表示出来，称 为变压器的相量图。
变压器的运行特性
E1 j 4.44 fN1 m
E 2 j 4.44 fN 2 m
U 20 E 2
系为：I1=I2/k
变压器的运行特性
二次绕组接上负载ZL ,流过负载电流 I 2 ，而 F2 除了与 一次绕组磁通势共同建立主磁通外，还有一小部分漏磁通 2
只与二次绕组交链，在二次绕组中产生相应的漏磁电动势 E 2 。
E 2 j I 2 L2 j I 2 X 2
* U2
cos(2 ) 0.8
1.0
cos2 1
cos 2 0.8
* I2 ( )
0
1.0
变压器的运行特性
在纯电阻负载时，电压变化较小；而在容性负载时， 外特性是上翘的，端电压可能出现随负载电流的增加反而 上升，说明容性电流有助磁作用，使U2上升；而感性电流 有去磁作用，使U2下降。 这也说明了二次侧功率因数对
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d 0 ,则 令 d
m PSN = P0
2
或 m =
P0 PSN
即当铜损耗等于铁损耗(可变损耗等于不变损耗)时,变压 器效率最大： 2 P0 max = ( 1 ) 100% m S N cos 2 + 2 P0 为了提高变压器的运行效率，设计时应使变压器的铁 损耗小些。
三、 效率和效率特性
1、变压器的损耗
变压器的损耗主要是铁损耗和铜损耗两种。
铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗。基本铁损耗为磁滞 损耗和涡流损耗。附加损耗包括由铁心叠片间绝缘损伤引起的局 部涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。 铁损耗与外加电压大小有关，而与负载大小基本无关，故 也称为不变损耗。 铜损耗分基本铜损耗和附加铜损耗。基本铜损耗是在电流 在一、二次绕组直流电阻上的损耗；附加损耗包括因集肤效应 引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。 铜损耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。
Z 1
* m
I
* 0
Z U
* s
* SN
* PN cos N
R * mP0*源自* I 02R P
* s
* SN
Q* sin N N
4、缺点
标么值没有单位，物理意义不明确。
二、电压调整率和外特性
1、变压器的外特性
当变压器电源电压 U 1和负载功率因数 cos 2 等于常数时， 二次侧端压U 2 随负载电流 I 2 的变化规律，即U2 = f(I2)曲 线称为变压器的外特性曲线。
I2 N
I1N
由表达式可知，电压变化率的大小与负载大小、性质及 变压器的本身参数有关。
cos 1 2 2 0 2 0 sin 2 0 u很小
* * 如 rK cos 2 X K sin 2
cos 2和sin 2均为正。u较大 sin 2 0, cos 2 0 u为负
•变压器负载运行时，由于变压器内部 存在电阻和漏抗，故负载电流在变压器 内部产生阻抗压降，使二次侧端电压随 负载电流的变化而发生变化。 •变压器二次电压的大小不仅与负载电 流的大小有关，还和负载的功率因数有 关。 •当纯电阻负载和感性负载时，外特性 是下降的；容性负载时，外特性可能上 翘。
2、 电压调整率 定义：是指一次侧加50Hz额定电压、二次空载电压与带负载后 在某功率因数下的二次电压之差，与二次额定电压的比值的百 分数，即
效率表达式
P0 2 PSN (1 ) 100% 2 S N c os 2 P0 PSN
变压器效率的大小与负载的 大小、功率因数及变压器本身参 数有关。
效率特性：在功率因数一定时，变 压器的效率与负载电流之间的关系 η=f(β),称为变压器的效率特性。
max
(3)一般情况下，额定负载下，功率因数为指定时（通常为 0.8滞后）的电压调整率U N 为额定电压调整率。U N 是变 压器的主要性能指标之一。通常U N 5% 左右，所以电 力变压器的高压绕组均为有+5%的抽头，以便进行电压调 整。
3、变压器的电压调整
为了保证二次端电压在允许范围之内,通常在变压器的高 压侧设置抽头,并装设分接开关,调节变压器高压绕组的工作 匝数,来调节变压器的二次电压。
一、标么值
1、定义 标么值,就是指某一物理量的实际值与选定的同一单位的 基准值的比值,即 实际值 标么值= 基准值 2、基准值的确定 1)通常以额定值为基准值。 2)各侧的物理量以各自侧的额定值为基准； 线值以额定线值为基准值，相值以额定相值为基准值； 单相值以额定单相值为基准值，三相值以额定三相值为基准值；
说明：
(1)电压调整率的大小与负载大小（ ）、负载性质（ 2 ） * 及变压器本身的参数（ Z K rk jx k ）有关。
X k rk ，当变压器带纯电阻负载时， (2)在电力变压器中，
电压变化率小且为正，说明负载变大时二次侧端电压下 降得很小；带阻感性负载时，电压变化率大，且为正值， 说明二次侧端电压随负载的增大而下降且在同一负载下， 感性负载时端电压的下降量比纯阻性负载时大；带阻容 性负载时，电压调整率可能为正值，也可能为负值，当 电压调整率为负值时，说明随负载增大，二次侧端电压 升高。
U Z S 3)U和E的基准值为 B .R , X和Z的基准值为 B .P , Q和S的基准值为 B .
3、优点 （1）额定值的标么值为1。 （2）百分值=标么值×100% ； （3）折算前、后的标么值相等。线值的标么值=相值的标么值； 单相值的标么值=三相值的标么值； （4）某些意义不同的物理量标么值相等.
变压器的运行特性
变压器的运行特性主要有外特性及效率特性。 变压器在负载运行时，一、二次绕组的内阻抗压 降随负载变化而变化。负载电流增大时，内阻抗 压降增大，二次绕组的端电压变化就大。变压器 在传递功率的过程中，不可避免地要消耗一部分 有功功率，即要产生各种损耗。衡量变压器运行 性能的好坏，就是看二次侧绕组端电压的变化程 度和各种损耗的大小，可用电压变化率和效率两 个指标来衡量。
中、小型电力变压器一般有三个分接头，记作UN ±5%。大型电力变压器采用五个或多个分接头,例UN ±2x2.5%或UN ±8x1.5%。
分接开关有两种形式：一种只能在断电情况下进行调节，称 为无载分接开关-----这种调压方式称为无励磁调压；另一种可 以在带负荷的情况下进行调节，称为有载分接开关-----这种调 压方式称为有载调压。
2、变压器的效率及效率特性
效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。 P2 = 100% P1 效率大小反映变压器运行的经济性能的好坏，是表征变压器 运行性能的重要指标之一。 p = 1 - PFe + PCu 1P1 P2 + PFe + PCu pFe = P0 其中 pCu = ( I 2 )2 PSN = 2 PSN I2 N 2 P2 = S N cos 2
U 20 U 2 U 2 N U 2 ΔU U2 N U2 N
电压调整率是表征变压器运行性能的重要指标之一,它大小 反映了供电电压的稳定性。
用相量图可以推导出电压变化率的表达式：
* ΔU β(R* cos 2 X s sin 2 ) s
其中，负载系数： β I 2 I1 I I 反映了负载的大小。 1 2