第一章 变压器实验 1-1 单相变压器
一、实验目的
1．进行电机实验的安全教育和明确实验的基本要求。 2．认识在电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件。 3．通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。 4．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U 0=f(I0), P0=f(U0) 。 2．短路实验：测取短路特性U K =f(IK ), PK =f(IK ) 。 3．负载实验
(1)、纯电阻负载：保持U 1=U1N , cosφ2=1的条件下，测取U 2=f(I2) 。 (2)、阻感性负载：保持U 1=U1N , cosφ2=0．8的条件下，测取U 2=f(I2) 。 四、实验线路及操作步骤
1． 空载实验
图1－1 空载实验接线图
实验线路如图1－1所示，被试变压器选用三组组式变压器（DT40），实验用其中的一相，其额定容量P N =76W，U 1N / U2N =220/55V，I 1N /I2N =0.345/1.38A。电表采用DT16交流仪表（仪表自动切换量程则无需选择）。变压器的低压线圈接电源，高压线圈开路；
接通电源顺序：
接通电源前，将电源控制屏的交流电源调压旋钮调到输出电压为零的位置（交流电源调压旋钮逆时针到底）；
打开DDS 01电源控制屏上“总电源“（打开钥匙开关）；
打开DDS 01电源控制屏上“主电路电源 “（按下“绿”的按钮），此时变压器接入交流电源；
打开挂箱电源
实验步骤：
调节交流电源调压旋钮（交流电源调压旋钮顺时针），使变压器空载电压U 0=1.2 U 2N
（55V ）；
然后，逐次降低电源电压，在1.2～0.5U 2N 的范围内，测取变压器的U 0、I 0、 P 0共取6－7组数据，记录于表1－1中。其中U=U2N 的点必测，并在该点附近测的点应密些。
为了计算变压器的变化，在U 2N 以下测取原边电压的同时，测出副边电压，取三组数据记录于表1－1中。
关闭电源顺序：
将电源控制屏的交流电源调压旋钮调到输出电压为零的位置（交流电源调压旋钮逆时针到底）；
关闭挂箱电源
关闭DDS 01电源控制屏上“主电路电源 “（按下“红”的按钮） 关闭DDS 01电源控制屏上“总电源“（关闭钥匙开关）； 表1－1
2．短路实验：
实验线路如图1－2所示，变压器的高压线圈接电源，低压线圈直接短路； 接通电源前，先将交流调压旋钮调到输出电压为零的位置，选好所有电表量程； 按上述方法接通电源；
逐次增加输入电压（交流电源调压旋钮顺时针），直至短路电流等于1.1 I 1N （0.345A ）为止；
逐次降低输入电压（交流电源调压旋钮逆时针）在0.5～1.1 I1N 范围内测取变压器的 U K 、I K 、 P K 。共取4～5组数据记录于表2－2中，其中I= I1N 的点必测。
并记下实验时周围环境温度θ（℃）。
注意：短路实验操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。 按上述方法关闭电源；
图1－2 短路实验接线图
3．负载实验
实验线路如图1－3所示，变压器低压线圈接电源，高压线圈经过开关S 1和 S 2，接到负载电阻R L 和电抗X L 上。
实验部件有R L 选用900Ω电阻箱（DT20），X L 选用电抗器（DT22），功率表最好采用功率和功率因数一起测量仪表，开关S 1、S 2选用双刀双掷开关（DT25）。 （1）纯电阻负载
接通电源前，将交流电源调节旋钮调到输出电压为零的位置，负载电阻调至最大； 按上述方法接通电源；
逐渐升高电源电压（交流电源调压旋钮顺时针），使变压器输入电压U 1=U2N （55V ）； 合上S 1；
在保持U 1=U2N 的条件下，逐渐增加负载电流，即减少负载电阻R L （两个900Ω串联）的阻值，从额定负载到空载的范围内，测取变压器的输出电压U 2和电流I 2，共取5～6组数据，记录于表1～3中，其中I 2=0和I 2= I1N =0.345A两点必测。
按上述方法关闭电源；
图1－3 负载实验接线图
表
2用电抗器X L 和R L 并联作为变压器的负载；
实验步骤同上，在保持U 1= U 2N （55V ）及COS φ=0. 8条件下，逐渐增加负载电流，从空载到额定负载的范围内，测取变压器U 2和I 2，共取5～6组数据记录于1－4中，其中I 2=0，I 2=I 1N =0.345A两点必测。
表
六、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 。
K=UAX /Uax
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 0=f(I0) ，P 0=f(U0) ，cos φ0=f(U0) 。
式中：
P
cos Φ0=0
U 0I 0
（2）计算激磁参数
从空载特性曲线上查出对应于U 0=UN 时的I 0和P 0值，并由下式算出激磁参数 P 0
r =m 2 I 0
U 0
Z = m
I 0
22
X m =Z m -r m
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 =f(IK ) 、P K =f(IK ) 、cos φK =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I K =IN 时的U K 和P K 值由下式算出实验环境温度为θ(℃) 时的短路参数。
U K
Z ' = K
I K
P
r K ' =K
2I K
' 2' 2 X K ' =Z K -r K
折算到低压方
Z K ' Z =K
K 2
r ' r K =K 2
K
X '
X K =K
2K
由于短路电阻r 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
r K 75︒C =r K θ
234. 5+θ
22
Z =r +X K 75︒C K 75︒C K
式中：234.5为铜导线的常数, 若用铝导线常数应改为228。
I Z 计算短路电压(阻抗电压) 百分数 u K =N K 75︒C ⨯100%U N
I r
u Kr =N K 75︒C ⨯100%
U N
u KX =
I N X K
⨯100%U N
I K =IN 时短路损耗P KN = IN r K75℃
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cos φ2=1和 cos φ2=0.8两条外特性曲线U 2=f(I2) ，由特性曲线计算出I 2=I2N 时的电压变化率 U 20-U 2
∆u =⨯100% U 20
（2）根据实验求出的参数，算出I 2=I2N 、cos φ2=1和I 2=I2N 、cos φ2=0.8时的电压变化率Δu 。
∆u =u Kr cos ϕ2+u KX sin ϕ2
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U 2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cos φ2=0.8不同负载电流时的变压器效率, 记录于表1-5中。
*2
P 0+I 2P KN
η=(1-*) ⨯100%*2
I 2P N cos ϕ2+P 0+I 2P KN
式中：
*I 2P W ) N cos ϕ2=P 2( P N 为变压器的额定容量(W)；
P KN 为变压器I K =IN 时的短路损耗(W)；
P 0为变压器U 0=UN 时的空载损耗(W)。
*
I 2=I 2I 2N 为副边电流标么值。
2
(2)由计算数据绘出变压器的效率曲线2 (3)计算被试变压器η=ηmax 时的负载系数βm 。
P 0
βm =
P KN
第一章 变压器实验 1-1 单相变压器
一、实验目的
1．进行电机实验的安全教育和明确实验的基本要求。 2．认识在电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件。 3．通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。 4．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U 0=f(I0), P0=f(U0) 。 2．短路实验：测取短路特性U K =f(IK ), PK =f(IK ) 。 3．负载实验
(1)、纯电阻负载：保持U 1=U1N , cosφ2=1的条件下，测取U 2=f(I2) 。 (2)、阻感性负载：保持U 1=U1N , cosφ2=0．8的条件下，测取U 2=f(I2) 。 四、实验线路及操作步骤
1． 空载实验
图1－1 空载实验接线图
实验线路如图1－1所示，被试变压器选用三组组式变压器（DT40），实验用其中的一相，其额定容量P N =76W，U 1N / U2N =220/55V，I 1N /I2N =0.345/1.38A。电表采用DT16交流仪表（仪表自动切换量程则无需选择）。变压器的低压线圈接电源，高压线圈开路；
接通电源顺序：
接通电源前，将电源控制屏的交流电源调压旋钮调到输出电压为零的位置（交流电源调压旋钮逆时针到底）；
打开DDS 01电源控制屏上“总电源“（打开钥匙开关）；
打开DDS 01电源控制屏上“主电路电源 “（按下“绿”的按钮），此时变压器接入交流电源；
打开挂箱电源
实验步骤：
调节交流电源调压旋钮（交流电源调压旋钮顺时针），使变压器空载电压U 0=1.2 U 2N
（55V ）；
然后，逐次降低电源电压，在1.2～0.5U 2N 的范围内，测取变压器的U 0、I 0、 P 0共取6－7组数据，记录于表1－1中。其中U=U2N 的点必测，并在该点附近测的点应密些。
为了计算变压器的变化，在U 2N 以下测取原边电压的同时，测出副边电压，取三组数据记录于表1－1中。
关闭电源顺序：
将电源控制屏的交流电源调压旋钮调到输出电压为零的位置（交流电源调压旋钮逆时针到底）；
关闭挂箱电源
关闭DDS 01电源控制屏上“主电路电源 “（按下“红”的按钮） 关闭DDS 01电源控制屏上“总电源“（关闭钥匙开关）； 表1－1
2．短路实验：
实验线路如图1－2所示，变压器的高压线圈接电源，低压线圈直接短路； 接通电源前，先将交流调压旋钮调到输出电压为零的位置，选好所有电表量程； 按上述方法接通电源；
逐次增加输入电压（交流电源调压旋钮顺时针），直至短路电流等于1.1 I 1N （0.345A ）为止；
逐次降低输入电压（交流电源调压旋钮逆时针）在0.5～1.1 I1N 范围内测取变压器的 U K 、I K 、 P K 。共取4～5组数据记录于表2－2中，其中I= I1N 的点必测。
并记下实验时周围环境温度θ（℃）。
注意：短路实验操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。 按上述方法关闭电源；
图1－2 短路实验接线图
3．负载实验
实验线路如图1－3所示，变压器低压线圈接电源，高压线圈经过开关S 1和 S 2，接到负载电阻R L 和电抗X L 上。
实验部件有R L 选用900Ω电阻箱（DT20），X L 选用电抗器（DT22），功率表最好采用功率和功率因数一起测量仪表，开关S 1、S 2选用双刀双掷开关（DT25）。 （1）纯电阻负载
接通电源前，将交流电源调节旋钮调到输出电压为零的位置，负载电阻调至最大； 按上述方法接通电源；
逐渐升高电源电压（交流电源调压旋钮顺时针），使变压器输入电压U 1=U2N （55V ）； 合上S 1；
在保持U 1=U2N 的条件下，逐渐增加负载电流，即减少负载电阻R L （两个900Ω串联）的阻值，从额定负载到空载的范围内，测取变压器的输出电压U 2和电流I 2，共取5～6组数据，记录于表1～3中，其中I 2=0和I 2= I1N =0.345A两点必测。
按上述方法关闭电源；
图1－3 负载实验接线图
表
2用电抗器X L 和R L 并联作为变压器的负载；
实验步骤同上，在保持U 1= U 2N （55V ）及COS φ=0. 8条件下，逐渐增加负载电流，从空载到额定负载的范围内，测取变压器U 2和I 2，共取5～6组数据记录于1－4中，其中I 2=0，I 2=I 1N =0.345A两点必测。
表
六、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 。
K=UAX /Uax
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 0=f(I0) ，P 0=f(U0) ，cos φ0=f(U0) 。
式中：
P
cos Φ0=0
U 0I 0
（2）计算激磁参数
从空载特性曲线上查出对应于U 0=UN 时的I 0和P 0值，并由下式算出激磁参数 P 0
r =m 2 I 0
U 0
Z = m
I 0
22
X m =Z m -r m
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 =f(IK ) 、P K =f(IK ) 、cos φK =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I K =IN 时的U K 和P K 值由下式算出实验环境温度为θ(℃) 时的短路参数。
U K
Z ' = K
I K
P
r K ' =K
2I K
' 2' 2 X K ' =Z K -r K
折算到低压方
Z K ' Z =K
K 2
r ' r K =K 2
K
X '
X K =K
2K
由于短路电阻r 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
r K 75︒C =r K θ
234. 5+θ
22
Z =r +X K 75︒C K 75︒C K
式中：234.5为铜导线的常数, 若用铝导线常数应改为228。
I Z 计算短路电压(阻抗电压) 百分数 u K =N K 75︒C ⨯100%U N
I r
u Kr =N K 75︒C ⨯100%
U N
u KX =
I N X K
⨯100%U N
I K =IN 时短路损耗P KN = IN r K75℃
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cos φ2=1和 cos φ2=0.8两条外特性曲线U 2=f(I2) ，由特性曲线计算出I 2=I2N 时的电压变化率 U 20-U 2
∆u =⨯100% U 20
（2）根据实验求出的参数，算出I 2=I2N 、cos φ2=1和I 2=I2N 、cos φ2=0.8时的电压变化率Δu 。
∆u =u Kr cos ϕ2+u KX sin ϕ2
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U 2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cos φ2=0.8不同负载电流时的变压器效率, 记录于表1-5中。
*2
P 0+I 2P KN
η=(1-*) ⨯100%*2
I 2P N cos ϕ2+P 0+I 2P KN
式中：
*I 2P W ) N cos ϕ2=P 2( P N 为变压器的额定容量(W)；
P KN 为变压器I K =IN 时的短路损耗(W)；
P 0为变压器U 0=UN 时的空载损耗(W)。
*
I 2=I 2I 2N 为副边电流标么值。
2
(2)由计算数据绘出变压器的效率曲线2 (3)计算被试变压器η=ηmax 时的负载系数βm 。
P 0
βm =
P KN