第四章单相变压器 原理简述 变压器是用来变换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。变压器的工作原 理是建立在电磁感应原理基础之上的。变压器铁芯内产生的总磁通分为两个部分，其中主 磁通中是以闭合铁心为路径，它同时匝链原、副绕组，分别感应电势1、2，主磁通中是 变压器传递能量的主要因素。还有另一部分磁通通过非磁性物质而形成闭合回路，变压器 负载运行时，原、副方都存在这部分磁通，分别用中1，和中2表示。而变压器空载运行时 仅原方有中1，这部分磁通属于非工作磁通，占总磁通的1%，故把这部分磁通称为漏磁通。 漏磁通中1.和中2.分别单独匝链变压器的原绕组和副绕组，并在其中感应电势c1,和©。 分析变压器性能的方法通常使用等效电路、方程式和相量图。一般若作定性分析，用 相量图较方便：若作定量计算，则用等值电路较方便，故通常就是利用等效电路来求取变 压器在不同负载时的效率、功率因数等指标的。 要得到变压器的等效电路，一般是通过变压器的空载实验和负载损耗实验（也叫短路 实验)，再经计算而得出其参数的。 由变压器空载实验，可以测出变压器的空载电流和铁心损耗，以及变压器的变比，再 通过计算得到变压器励磁阻抗。空载时变压器的损耗主要由两部分组成：一部分是因为磁 通交变而在铁心中产生的铁耗，另一部分是空载电流在原绕组中产生的铜耗。 由于空载电流数值很小，此时铜耗便可以略去，而决定铁耗大小的电压可达到正常值， 故近似认为空载损耗就是变压器的铁耗。空载实验为考虑安全起见一般都在低压侧进行， 若要得到折算到高压侧的值，还需乘以变比的平方。 负载损耗实验时的损耗也由两部分组成，一部分是短路电流在一次和二次侧绕组中产 生的铜耗，另一部分是磁通交变而产生的铁耗。由于短路实验所加电压很低，因此这时铁 心中磁通密度很低，故铁心损耗可以略去，而决定铜耗大小的电流可达正常值，所以近似 认为负载损耗就是变压器铜耗。 三相变压器铭牌上的额定电压和额定电流分别指线电压和线电流的数值。 变压器归算后的基本方程式为： 01=-E1+i1Z1 U3=-1Z 10=11+1
第四章 单相变压器 原 理 简 述 变压器是用来变换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。变压器的工作原 理是建立在电磁感应原理基础之上的。变压器铁芯内产生的总磁通分为两个部分，其中主 磁通Φ是以闭合铁心为路径，它同时匝链原、副绕组，分别感应电势 e1、e2，主磁通Φ是 变压器传递能量的主要因素。还有另一部分磁通通过非磁性物质而形成闭合回路，变压器 负载运行时，原、副方都存在这部分磁通，分别用Φ1σ和Φ2σ表示。而变压器空载运行时 仅原方有Φ1σ，这部分磁通属于非工作磁通，占总磁通的1%, 故把这部分磁通称为漏磁通。 漏磁通Φ1σ和Φ2σ分别单独匝链变压器的原绕组和副绕组，并在其中感应电势 e1σ和e1σ。 分析变压器性能的方法通常使用等效电路、方程式和相量图。一般若作定性分析，用 相量图较方便；若作定量计算，则用等值电路较方便，故通常就是利用等效电路来求取变 压器在不同负载时的效率、功率因数等指标的。 要得到变压器的等效电路，一般是通过变压器的空载实验和负载损耗实验 (也叫短路 实验)，再经计算而得出其参数的。 由变压器空载实验，可以测出变压器的空载电流和铁心损耗，以及变压器的变比，再 通过计算得到变压器励磁阻抗。空载时变压器的损耗主要由两部分组成：一部分是因为磁 通交变而在铁心中产生的铁耗，另一部分是空载电流在原绕组中产生的铜耗。 由于空载电流数值很小，此时铜耗便可以略去，而决定铁耗大小的电压可达到正常值， 故近似认为空载损耗就是变压器的铁耗。空载实验为考虑安全起见一般都在低压侧进行， 若要得到折算到高压侧的值，还需乘以变比的平方。 负载损耗实验时的损耗也由两部分组成，一部分是短路电流在一次和二次侧绕组中产 生的铜耗，另一部分是磁通交变而产生的铁耗。由于短路实验所加电压很低，因此这时铁 心中磁通密度很低，故铁心损耗可以略去，而决定铜耗大小的电流可达正常值，所以近似 认为负载损耗就是变压器铜耗。 三相变压器铭牌上的额定电压和额定电流分别指线电压和线电流的数值。 变压器归算后的基本方程式为： 1 1 . 1 . 1 . U = − E + I Z 2 . 2 . 2 . U 2 = E − I Z . 1 2 . 0 . I = I + I
实验4单相变压器 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、预习要点 1.变压器的空载和短路实验有什么特点？实验中电源电压一般加在哪一方较合适？ 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？ 3.如何用实验方法测定变压器的铁耗及铜耗。 三、实验项目 1.空载实验 测取空载特性Uo=fo),Po=fUo),cospo(Uo)。 2.短路实验 测取短路特性Uk=fIk),Px=fx),COSApK-=fIk). 四、实验设备及型号 1.实验设备 序号 名称 数量 序号 名称 数量 单相调压器 1台 交流电压、电流表 各1块 单相变压器 1台 数字万用表 1块 单相功率表 1块 低功率因数功率表 1块 2.单相变压器型号 型号 J13-1 额定容量 500NA 颗定频率50Hz温升 60℃ 电流 2.5/4.6A 阻抗电压 6% 短路损耗 34W 相数 1 电压 220/110V 空载损耗 14W 空我电流占额定电流百分比 8%
实验 4 单相变压器 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、预习要点 1.变压器的空载和短路实验有什么特点？实验中电源电压一般加在哪一方较合适？ 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？ 3.如何用实验方法测定变压器的铁耗及铜耗。 三、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)。 四、实验设备及型号 1.实验设备 序号 名 称 数 量 序号 名 称 数 量 1 单相调压器 1 台 4 交流电压、电流表 各 1 块 2 单相变压器 1 台 5 数字万用表 1 块 3 单相功率表 1 块 6 低功率因数功率表 1 块 2．单相变压器型号 型号 J13-1 额定容量 500VA 额定频率 50Hz 温升 60℃ 电流 2.5/4.6A 阻抗电压 6% 短路损耗 34W 相数 1 电压 220/110V 空载损耗 14W 空载电流占额定电流百分比 8%
五、实验说明及操作步骤 ⑧本 图4-1极性测定接线图 1.在单相调压交流电源断电的条件下，按图4-1接线。调压器BT放置零位，合上开 关调节电压到19OV,用电压表测量Ux、Uax,、Uaa。验证UAa=Ux-Uax,减极性时 A为同名端，反之为异名端。调压器回零位，断开开关。 2.空载实验 按空载实验线路图4-2接线，低压侧接仪表，接电源，高压侧开路 图4-2空载实验接线图 (1)测变比：调压器BT放置零位，合开关，调节电压到Uav=I0OV,测UAx得 变比k1。当Ua=11OV,测UAx得变比k。当Uar=I20V,测UAx得变比k。 k=UAx/Uax,填表4-1。调压器回零位，断开开关。 表4一1 k=(k1+k2+k3)/3 UAx(V) Uas(V) k (2)空载实验：按图4-2接好线，调压器BT放置零位，合上开关K1,调节电压到 Uax=1.2U=240V:记录空载电压Uo,空载电流o,空载功率Po填于表格4-2中。逐次将
五、实验说明及操作步骤 BT V A a x X K1 图 4-1 极性测定接线图 1．在单相调压交流电源断电的条件下，按图 4-1 接线。调压器 BT 放置零位，合上开 关调节电压到 190V，用电压表测量 UAX、Uax,、Uaa。验证 UAa=UAX-Uax，减极性时 Aa 为同名端，反之为异名端。调压器回零位，断开开关。 2．空载实验 按空载实验线路图 4-2 接线，低压侧接仪表，接电源，高压侧开路。 V W A A X a x BT K1 图 4-2 空载实验接线图 （1） 测变比： 调压器 BT 放置零位，合开关，调节电压到 Uax=100V，测 UAX 得 变比 k1。当 Uax=110V，测 UAX 得变比 k2。 当 Uax =120V，测 UAX 得变比 k3。 k=UAX/Uax，填表 4-1。调压器回零位，断开开关。 表 4—1 k =(k1+k2+k3)/3； UAX(V) Uax(V) k （2） 空载实验： 按图 4-2 接好线，调压器 BT 放置零位，合上开关 K1，调节电压到 Uax=1.2UN=240V；记录空载电压 U0，空载电流 I0，空载功率 P0 填于表格 4-2 中。逐次将
电压降至0.5U,记录各组数据。U6=U=220V时为空载参数的计算值。其他各组数据是做 空载特性曲线lo=fU:Po=fUo:cosp=fU: 注意：变压器空载电流约为3一8%，应选用低功率因数功率表。 表4-2 I6(A) Po (W) U6(高压 侧)V LU低压 侧)V 3.短路实验 按短路实验接线图4-3接线。高压侧接仪表和电源，低压侧短接。调压器BT放置零 位，合开关。调节调压器，使短路电流k=1.2、=3A。记录短路电流k、短路电压Uk、短 路功率PK。cOsp-Px/UxIk,填于表格4-3中。逐次将电流降至1A,记录各组数据 Ik=w=2.5A时为短路参数计算值。其他各组数据为短路特性曲线Uk=f0x):Pk=fk):cos =f(Ik): 表4-3 Ux (V) Px(W) cos p Ik(A)低压侧(A Ik(A)高压侧(A A 图43短路实验接线图
电压降至 0.5UN，记录各组数据。U0=UN=220V 时为空载参数的计算值。其他各组数据是做 空载特性曲线 I0=f(U0)； P0=f (U0)； cosφ =f (U0)； 注意：变压器空载电流约为 3—8%IN，应选用低功率因数功率表。 表 4—2 I0(A) P0（W） cosφ U0(高压 侧)V U0(低压 侧)V 3． 短路实验 按短路实验接线图 4-3 接线。高压侧接仪表和电源，低压侧短接。调压器 BT 放置零 位，合开关。调节调压器，使短路电流 IK=1.2IN=3A。记录短路电流 IK、短路电压 UK、短 路功率 PK。cos φ=PK/UKIK，填于表格 4-3 中。逐次将电流降至 1A，记录各组数据 IK=IN=2.5A 时为短路参数计算值。其他各组数据为短路特性曲线 UK=ƒ(IK)；PK=ƒ(IK)； cos φ=ƒ(IK)； 表 4—3 UK (V) PK (W) cos φ IK(A)低压侧(A) IK(A)高压侧(A) V W A X A a x BT K 图 4-3 短路实验接线图
六、注意事项 1.在变乐器实验中，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，否则线圈发热会引起电阻变化。 七、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。 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Uo=fIo,Po=fU,cospo=∫U。 式中： (2)计算激磁参数 从空载特性曲线上查出对应于Uo=U时的l6和Po值，并由下式算出激磁参数 16 10 折算至原边rn=k2r,Xm=k2r,Zn=k2Z 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Ux=/(Ix)、PkfK、小cosK=f(IK)。 (2)计算短路参数 P 从短路特性曲线上查出对应于短路电k=N时的Uk和Pκ值由下式算出实验环境温
六、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，否则线圈发热会引起电阻变化。 七、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。 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)。 式中： （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 折算至原边 m = m r k r 2 ， m = m X k r 2 ， m = Zm Z k 2 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 ax AX U U k = 2 2 0 0 2 0 0 − = = = m m m m m X Z r I U Z I P r 0 0 0 0 cos U I P =
度为0（℃）时的短路参数。 贤 Xk=Z- 折算到低压方 Yx =Y' 由于短路电阻K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。 234.5+75 rkc=02345+日 Zx7c=V候c+X 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 =IZx100% Ux u=I-℃x10% UN 1wXg×100% ux=Ux k=w时短路损耗PKN=IN2TK5c 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c0s02=1和cos02=0.8两条外特性曲线U2=2),由特性曲线计算出1=2N时 的电压变化率
度为θ(℃) 时的短路参数。 2 2 K K K X = Z − r 折算到低压方 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。 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 IK=IN 时短路损耗 PKN= IN 2 rK75℃ 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 2 ' ' K K K K K K I P r I U Z = = 2 2 2 ' ' ' K X X K r r K Z Z K K K K K K = = = 2 2 75 75 75 234.5 234.5 75 K C K C K K C K Z r X r r = + + + = 100% 100% 100% 75 75 = = = N N K KX N N K C Kr N N K C K U I X u U I r u U I Z u
A=,-Lx100% (2)根据实验求出的参数，算出2=2N、cos02=1和I=2N、cos02=0.8时的电压变化 率△u。 △l=4 cosp2+4xsnp2 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c0S02=0.8不同负载电流时的变压器效率，记录于表4-4中。 Po+12PkN n=(1- 5S,os0,+月+1Pa)x100% ISw cos2 P(W) 式中：PKN为变压器Ik=N时的短路损耗(W:Po为变压器Uo=UN时的空载损耗(W。 为副边电流标么值 =12/L2w 表4一4c0s02-0.8P= W PKN= P2(W) 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n='2)。 (3)计算被试变压器n=nx时的负载系数Bm。 Po B.-Po
（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。 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 4-4 中。 式中：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)。 为副边电流标么值 表 4—4 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。 ) 100% cos (1 2 2 2 0 2 2 0 2 + + + = − N KN KN I S P I P P I P 2 2 u = uKr cos +uKX sin 100% 20 20 2 − = U U U u KN m P P0 = cos ( ) I 2 SN 2 = P2 W N I I I 2 2 * 2 =