单相变压器空载与短路实验
一．实验目的
1 学习掌握做单相变压器空载、短路实验的方法。
2 通过空载、短路实验，测定变压器的参数和性能。
二．实验器材
交流电压表，交流电流表，单三相智能功率因数表，三相组式变压器
三．预习要点解答
1 通过空载、短路实验，求取变压器的参数和损耗作了哪些假定？
答：有如下假定： 空载实验
在做变压器的空载与短路试验的时候，首先我们假设变压器的铜耗足够小使得我们可以忽略它对实验的影响，这样我们才能够认为空载损耗0P 完全用来抵偿铁耗e F P ,也就是我们认为e 0F P P ≈，在这个假设下我们才能用后面的公式计算变压器的各项参数。 因为一次漏电抗Xm X <<1，一次绕组电阻Rm R <<1，所以
1m Z Z >>，故我们认为0/m I U Z =,2^/0m 0I P R =。
短路实验
由于做短路实验时电压很低，所以磁路中磁通很小，所以我们可以忽略励磁电流和铁耗，认为∞≈m Z ，电源输入的功率完全消耗在一
二次侧的铜耗上。
2 作空载、短路实验时，各仪表应怎样接线才能减小测量误差？
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。
3 作变压器空载、短路时，应注意哪些问题？一般电源加在哪一方比较适合？
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1.15NU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。
四．实验内容
1 变比K 的测定
K
380V
A
B C
三相调压器
a x A
X
图1 变比测定和空载实验接线图
接线如图1所示，变压器低压绕组a 、x 经调压器接电源，高压绕组AX 开路。闭合开关K ，调节调压器使加在付绕组上的电压为该绕组额定电压的50%以下，测量原付边之空载电压UAX 和Uax ，对应不同输入电压，测取三组数据记录于表。
由实验数据得，K=3；
注：实验中误差基本可以忽略，产生误差的原因可能是电网电压波动、仪表精度不够、变压器老化，测量时读数稳定就读数或者读数处于小幅跳变情况。
2 空载实验： 实验接线如同图6—1所示，低压绕组经过调压器接电源，高压绕组开路，仪表接线如图6—2。选择仪表时应该注意ax 绕组的额定电压和额定电流，空载时由于功率因数很低，应选择低功率因数瓦特表，空载电流只有额定电流的百分之几，应选低量程的电流表，为了减少测量误差，电压表应接在图6—1中的1，2位置。
实验步骤：将调压器手柄置于输出电压为零的位置，合上开关K 。作空载特性曲线，调节调压器输出，使加在低压绕组ax 的电压等于ax 绕组额定电压的1.2倍左右开始进行测量，然后逐渐降低电压，在1.2U2N 到0.3U2N 之间测量8到底组数据记录于表6—2中，注意记下额定电压时（即Uo ＝U2N)的电流Io 和功率Po 。
表6—2
因为做空载试验时是在低压侧加电压，实验所测的电流、功率均为低压侧的值，所以要归算到高压侧去。 实验中V U N 2202
，因为220V 是线电压，所以可得相电压的额定
值是
V U N 1273/2202==，由于实验时只测量了130V 时的数值，所
以低压侧的额定电压取130V ，所计算的值非为标幺值，还需要经过进一步的归算才能标在高压侧。
空载特性曲线Uo ＝f(Io)
由实验数据计算相应空载参数
实验计算公式如下：
I U z z m 000/=≈,20
0/
I P r r m
=
≈,20200/r Z X X m -=≈;
带入数据得：
Zm ’=3*Uo/(Io/3)=11700 Rm ’=Po/((Io/3)*(Io/3))=6120
20200/
r Z X X m -=≈=9971.74
计算Zm*、rm*、Xm*，取基准值Zm=10000，rm=6000，Xm=9000
所以Zm*=1.17，rm*=1.02、Xm*=1.11
3 短路实验：接线如图6—3所示，高压绕组AX 通过调压器接电源，低压绕组ax 通过较粗导线短接，仪表接线如前面，为了减小测量误差，应将电压表测针接在图6—3中的A ，X 两端。同时仪表量程的选择应注意变压器原边的额定电流，短路时功率因数较高，帮一般选用高功率因数瓦特表即cos ?＝1的功率表，短路电压仅有额定电压的百分之几，所以应选择低量程电压表。
K
380V
A
B C
三相调压器
a
x
A X
电压功率表 电压表 电流表的接法
图6—2短路实验接线图
实验步骤：合电源开关K 之前，一定要将调压器手柄置于输出电压为零的位置。先将电流、电压、功率表接入，闭合开关K ，缓慢调节调压器，使短路电流从Ik ＝I1N 到0.3I1N 之间均匀地测取5到6组数据，同时读取Ik 对应的Uk 和Pk 记录于表6—3中。 表6—3
短路特性曲线
求取参数
I U K
K Z
k
==6.1/1.7=3.59
2k
k I k
P
r =θ=1.5/(1.9*1.9)=0.42
22θk k k
r Z X
-==3.57
折算到基准工作温度C 750
时的短路参数：
θ
θ++?
=235752350
75r r k
k
=0.51
20
20
7575
k k k
X r Z +==3.66
额定短路损耗：r r k k P P k kN θ750
?==1.82
选取基准值如下： Zk75=3、rk75=0.5、Xk=3
所以Zk75*=1.20、rk75*=1.02、Xk*=1.19
五．思考题
4. 计算短路电压百分数：
%1001751?=?U Z I N k N U k = %1001751?=?U r I N
k N U kr =
%10011?=?U X I N
k N U kx = 5.计算cos ?2＝0.8滞后时的电压变化百分率：
φφ2
2
sin cos %U U kx kr U +=?=
6.计算当
cos?2＝0.8、β＝1时的变压器效率：
%100)1(2
02
2
0cos ?-=+++P P S P P kN
N kN
βφβηβ= 7. 画出变压器T 型等效电路，并将各参数用标幺值表示标注在等效电路中，且认为：
r r r k ***==7521
21 X
X
X k *
*
*==21
21
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