三相变压器实验

三相变压器实验 实验五 三相变压器的参数测量实验 原 理 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机。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 是以闭合铁心为路径，它同时匝链原、副绕组，分别感应电势 、 ，磁通 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 和 示。而变压器空载运行时仅原方有 ，这部分磁通属于非工作磁通，其量值约占总磁通的 ，故把这部分磁通称为漏磁通。漏磁通 和 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 和 。实际变压器中既有磁路问题又有电路问题，这样将会给变压器的分析、计算带来困难。为此，对变压器的电压、电流和电势的关系进行等值变换（即折算），可将同时具有电路和磁路的问题等值简化为单一的电路问题，以便于计算。图5-1为双绕组变压器的“ 型”等值电路。变压器的参数即为图中的 、 、 、 、 和 等。对于三相变压器分析时化为单相，也使用图的等值电路。因此，等值电路中所有参数包括各电压、电流、电势的值均为单相数值。变压器归算的基本方程式为： 式中 ， 。三个方程式分别为原边的电压平衡方程式、折算到原边的副边电压平衡式、电流平衡方程式。 图5-1 变压器的T型等值电路     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，还需乘以变比平方。     由变压器负载损耗实验可以测出变压器阻抗电压 、短路电流 和变压器铜损耗 。再通过一些简单计算可求出变压器一次和二次侧绕组的电阻和漏电抗。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，所以三相双绕组变压器的额定容量为 。 实验内容 一、实验目的 1、熟练地掌握空载、短路实验方法。 2、通过空载和短路实验，测定三相变压器的变比和参数。 3．巩固用瓦特表测量三相功率的方法，掌握低功率因数瓦特表的使用。 二、预习要点 1、如何用二瓦法测三相功率，空载和短路实验应如何合理布置仪表。 2、三相芯式变压器的三相空载电流是否对称。 3、如何测定三相变压器的铜耗和铁耗。 三、实验目的 1．记录被试变压器的主要銘牌数据。    2．选择实验时的仪表和设备，并能正确接线和使用。    3．测被试变压器的电压比。    4．空载实验  测取空载特性 、 和 三条曲线。 5．负载损耗实验（短路实验）  测取短路特性 四、实验方法 1.测定变比 在电力系统中大量使用的是三相变压器，在研究联结组和电力系统问题中，关于三相变压器的电压比是指一次、二次侧线电压之比，用 表示电压比的大小；而分析电机原理中的变压器通常用的是单相变压器，其一次、二次侧的电压之比，为一次、二次侧的相电压之比，亦即一、二次侧匝数之比，为了方便，将此时的匝数之比称为变比，用小写字母 表示其大小。 和 含义不尽相同。     例如： 对于 接法时的三相变压器 (此时 )     对于 接法的三相变压器 (此时 ) 按图5-2接线，电源经开关 、三相调压器、开关 接至高压绕组，低压绕组开路。首先将调压器输出调零，然后合上开关 、 ，调节外施电压到高压侧额定值（自偶调压器电压从0开始慢慢上升，直至额定），测出高、低压侧的各线电压。填入表5-1中。再将低压绕组改接成三角形接法，重复上述步骤。 图5-2 Y/ Y连接的变压器测电压比接线图 表5-1 三相变压器电压比测定 联接 电压比 电压比 电压比 电压比     表中： 2．空载实验 变压器的空载电流一般很小，对于中小型变压器其约为 ，实验时可根据此范围来选择电流表和瓦特表的电流线圈的量程。空载功率因数一般小于 ，因此用低功率因数瓦特表，来减少测量误差。采用插箱，用一只电流表，一只功率表测量三次的办法进行。实验线路如图，为安全起见，将低压侧经调压器和开关接至电源，高压侧开路。本实验要求电源频率应等于或接近被试变压器的额定频率，允许偏差不超过 ，三相电压基本对称，且电压波形应是正弦波。     接线无误后，调压器输出调零，闭合电源开关 和 ，调节调压器使输出电压为低压测额定电压 ，记录该组数据于表5-2中，然后逐次改变电压，在 的范围内测量三相空载电压、电流及功率，共测取5～7组数据，记录于表5-2中。 图5-3  三相变压器空载实验接线图 表5-2 空载实验数据    （低压侧 ） 序号 记    录    数    据 计  算  数  据     表中： 为三相相电压平均值； 为三相相电流平均值； 3．短路实验（又叫负载损耗实验）     为安全和方便起见，一般将变压器低压侧用较粗导线短路，高压侧通以低电压。变压器在额定电流时的短路电压都很低，一般约为 。根据该范围必须更换为相应的电压表、电流表和功率表或改换量程。 按图5-4接线无误后，将调压器输出端可靠地调至零位。闭合开关 和 ，监视电流表指示，微微增加调压器输出电压，使电流达到高压侧额定值，记录该组数据于表中。然后监视电流的变化，缓慢调节调压器输出电压，使短路电流在 的范围内，测量三相输入电流、三相功率和三相电压，共记录5～7组数据，填入表5-3中。 图5-4  三相变压器负载损耗实验接线图 表5-3 负载损耗实验数据　　（高压侧额定值 ） 序号 记    录    数    据 计 算 数 据     表中： 为三相线电压平均值； 为三相线电流平均值； 。     负载损耗实验应尽快进行，以免绕组发热而引起电阻变化，从而给结果带来误差。负载损耗实验后应记录被试变压器周围环境温度，作为绕组实际温度，以便将参数折合到 。 五、实验报告     1．根据测电压比的实验数据计算被试变压器的电压比和变比的值。     2．分析被试变压器的空载特性。     (1)计算各组数据的 。     (2)计算数据作空载特性 及 、 曲线。     从曲线上找出额定电压时的空载损耗 、空载电流 和功率因数 ，并求出空载电流的无功分量 和有功分量 (3)计算出在额定电压时的励磁参数 ① 根据以上数据的 和 以及额定电压 （或 ）计算由低压侧测出的励磁参数，由于采用 接法，计算公式：  ② 归算到高压侧（设高压线圈为原方）     3．计算短路阻抗 和变压器的铜耗 (1)计算表中各组数据的 和 (2)根据表中计算数据在同一坐标上作出短路特性 、 、 曲线。 (3)由曲线上查得 时的短路电压 和短路损耗 ，计算短路参数，由于也是采用 接法，计算公式为：     (4)折合到基准工作温度 设室温为 ，则    式中： ——实际环境温度（即室温），℃      ——室温 下所得电阻值，      ——常数。铜线圈时 =235   铝线圈时 =228 （4）计算阻抗电压     中小型电力变压器的阻抗电压仅为(3～8)%，其具体数值和允许偏差等规定均有具体标准。     4．根据变压器参数计算可画出被试变压器近似（即“Г型”）等值电路图。在电路中应标出具体参数计算数值，并画出各电压、电流、电势及它们的正方向。 六、思考题     1．为什么变压器额定电压时的空载损耗 被看作是变压器本身的铁耗 ? 和 有无差别?     2．为什么变压器额定电流时的短路损耗 被认为是变压器本身的铜耗 ? 和 有无差别? 实验六 三相变压器的联接组 原 理 1.极性测定的依据 图6-1 (a) 与 同相 (b) 与 反相     高、低压线圈之间的相电压相位决定于两个线圈的标号及其绕向，如图6-1所示。若高、低压线圈的标号和绕向都相同（或都相反，图略），则高、低压侧的相电压 与 同相，这时我们说 、 两点同极性。若只有标号（或绕向，图略）反了，如图，则相电压 与 的相位相反，这时我们说 、 两点不同极性。 2．三相绕组的联接方法 把三个单相绕组联成三相绕组将有好几种联法，其中最基本的形式有星形（或 形）接法和三角形（D或 形）接法两种，此外，还有曲折接法（或 接法）。它们的绕组联接图和电压相量图如图6-2所示。 （1） 形联接法 （2） 联接法 （3） 形联接法 右行接法 图6-2 三相绕组联接的基本形式     形联接方法的副方每相绕组有一中间抽头,将绕组分成为相等的两半， 和 、 和 、 和 分别套在不同的铁芯柱上，把一个铁芯柱上的上半个绕组与另一铁芯柱上的下半个绕组反向串联，组成新的一相绕组后，再接成星形联接，其相量图每相相量连接线成曲折形，顾名思意称为曲折形（或 形）接法。从电压相量图可见，相电压只有原来绕组的 ，就是说在相同的电压下绕组匝数增加到 倍，增加了用铜量和损耗。但 形联接的变压器能防止冲击波影响，运行在多雷雨地区可减少变压器雷击损耗。还常使用于某些整流变压器中以防止中性点位移，使三相电压接近平衡来提高整流效率。因此 形接法近年来渐渐增多，国家标准GB1094-85中也被列为常用联结组之一。 在图6-3中画出了三角形接法另一种联接次序。由于联接次序不同，它们的线电压相位关系就不相同。一般情况下三角形联接只采用右行联接。 图6-3 联接左行接法 3．三相变压器的联结组     三相变压器高、低压侧线电压之间的相位关系，不但与标号和绕向有关，还与三相线圈的联接方式有关。根据电机学理论，习惯上用“时钟法”来表示高、低压两侧间线电压的相位关系。时钟法是把高压侧线电压的相量作为时钟的分针，且其指向定在 点，低压侧对应的线电压的相量作为钟表的时针，时针和分针指向的角度差别就是高低压侧间的线电压的相位差。例如联结组标号为 ，而国家标准GB1094-85现规定用“ ”，则说明高低压侧的联接分别为星形和三角形接法，而两者对应的线电压的相位关系是：高压侧线电压相量超前低压侧线电压相量 (又称时钟序数为 )。     三相电力变压器常用的联结组标号是(1)  (即 )；(2) (即 )；(3)  (即 )；(4)  (即 )。它们对应的相量图及其联接方法如图5-5所示。图中标号采用了国家标准中的有关规定，其内容是：三相变压器的线圈联接成星形、三角形或曲折形时，对高压绕组分别以字母 、 或 表示，对中压或低压绕组分别以字母 、 或 表示。如果星形联接或曲折形联接的中性点是引出的，则分别以 或 (高压侧)及 或 表示(低压侧)。     图6-4中采用的是一种以“线电压重心重合法”来确定联结组别的方法。长期以来，利用相量图确定绕组的联结组别，一直采用线电压法。由于国际电工委员会（IEC）推荐了一种新的方法，即线电压三角形重心重合法，简称线电压重心重合法。这种方法与传统的线电压法相比，即简单、又直观。我国的标准“GB1094-85”也使用了此法。现介绍如下，无论是 形、 形或 形联接的绕组，其相量图的三个顶点联线，便可组成一个正三角形，被称为线电压三角形。将高低压绕组线电压三角形的重心重合在一起，由该重心分别向高低压同一相的对应线端联线，例如由重心联到 和 ，并用其中较长的线段（即高压侧的 ）表示时钟的分针，而用较短的线段（即低压侧 ）表示时钟的时针，那么这时的时针所显示的小时数即为组别。 用以上方法确定联结组别与用传统的线电压法所得出的结果是完全一致的。因为两个正三角形重心重合时，对应中线的夹角总是与对应边的夹角相等的，所以对应中线所表示的相量之间的相位关系，完全与对应边所表示的线电压相量之间的相位关系相同。传统的钟时序数和国标GB1094-85的规定的钟时序数也基本相同，只是传统的钟时序数为 时，标准GB1094-85规定用“ ”表示。 图6-4 三相电力变压器常用的联结组标号对照表（摘自GB1094-85） 实验内容 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变压器的联接组。 二、预习要点 1、联接组的定义。为什么要研究联接组？国家规定的标准联接组有哪几种？ 2、如何把 联接组改成 联接组以及把 改为 联接组。 三、实验内容     1．测定三相变压器相间和原副方的极性。     2．连接并判定以下联结组     (1)    （即 ） (2)     (即 )     (3)    (即 )     (4)     (即 ) 四、实验说明及操作步骤 1．三相变压器相间和高低压侧极性的测定     图6-5 测定 相间      图6-6 三相变压器测原     　   图6-7 测原副边极性    极性的接线图             副边极性接线图          　 时的相量图     普通三相双绕组变压器12根引出线若杂乱排列，而无其它任何标号时，如何知道或标出某根引线属于哪一侧、哪一相，通过采用以下步骤来判定。     (1) 采用电桥或万用表的电阻档判定属于同一线圈的两个端头，并测量每个线圈的电阻大小以判定高低压绕组。暂定标记 和 。     (2) 测定高压线圈的相间极性时，先设 相标志正确，在 两端加低电压（对于 的双绕组变压器，加的电压约为 即可），如图6-5所示，再用电压表测量电压 和 ，若 ，说明 相标记正确；若 ，说明 相标记错误，应将 相标记 互换。然后用同样的方法判断 相标记，这时就应在 （或 ）加低电压（约 ） ，在 （或 ）相测电压 。 (3) 同理，可测得低压线圈的相间极性。 　　(4) 测定同一铁芯柱的两个线圈，按图6-6接线。原副方中性点用一根导线相连，对应的相量图如图6-7，高压线圈施加低电压（约 ），测量 ，据相量图知其中必有两电压（图中为 和 ）相等，而另一个电压（图中的 ）所处的那一相属于同一铁芯柱的线圈。同理可测得另外两相线圈所在的铁芯柱。 (5) 测原副边极性，接线图同图 ，高压线圈施加低电压后，测出 。若 则 与 同相，说明原副边极性相同。当 时，表示 和 反相位，说明原副边不同极性，则副线圈的标记 和 两两对调。 2. 校验联结组     (1)   (即 ) 按图6-8接线，图中 两点用导线相连，说明相量图的 两点重合，以便根据几何关系得出某联结组的校核计算式（表中的 计算公式）。 经调压器在原方施加额定电压，测量电压 ，将数值填入表6-1的实测值栏。同时用电压比（指原、副边线电压之比） 代入表中的对应公式，算出的值填入计算值栏。如果测出的数值与计算值符合，表示线圈联结组属于表中所对应的联结组名称。 改变线圈接线，用同样的方法测定以下三种联结组： (2) （即 ) (3) （即 ) (4) （即 )     注： .在联接 和 联结组时需将被试变压器的副方线圈首末端的标号人为对调，即原 为 ，原 为 ，原 为 作为输入端，且将 点和副方调换后的 点（即原 点）短接，方可进行测量。 b.为避免(3)和(4)的副方接错而引起短路，可在副方三角形的任一开口处测量开口电压，当电压值接近零时，表示三角形接法正确。 表6-1 三相变压器联结组效验 联结组别 线圈接线图 实际向量图 电压比 公式 实测值 计算值 公式 实测值 计算值 公式 实测值 计算值 公式 实测值 计算值 五、实验报告要求     1．将计算的各联结组的 值填入表中，并与实际测量值比较。 六、思考题     1．如何根据三相变压器联结组标号画出对应的相量图和接线图。     2．说明校核联结组的具体方法。     3．检查三相变压器联结组别时，为什么必须临时将 两端点短接?若短接线内部断线会怎么样? 4．“ ”与“ ”联结组别电压相等时能否并联？ � 图6-8 � EMBED Equation.DSMT4 ���(即� EMBED Equation.DSMT4 ���)联结组 PAGE 21 _1240811194.unknown _1241765308.unknown _1241776846.unknown _1241813676.unknown _1241814941.unknown _1241894878.unknown _1241895309.unknown _1351534831.unknown _1351535120.unknown _1351535270.unknown _1351535281.unknown _1351535231.unknown _1351535052.unknown _1241895467.unknown _1241895534.unknown _1241895670.unknown _1241895524.unknown _1241895388.unknown _1241895100.unknown _1241895153.unknown _1241895212.unknown _1241895109.unknown _1241895010.unknown _1241895037.unknown _1241894987.unknown _1241894490.unknown _1241894591.unknown _1241894785.unknown _1241894500.unknown _1241815162.unknown _1241815319.unknown _1241815308.unknown _1241814976.unknown _1241815138.unknown _1241815161.unknown _1241814953.unknown _1241814975.unknown _1241814146.unknown _1241814384.unknown _1241814654.unknown _1241814747.unknown _1241814396.unknown _1241814432.unknown _1241814372.unknown _1241814366.unknown _1241813743.unknown _1241813899.unknown _1241813707.unknown _1241813729.unknown _1241813689.unknown _1241776931.unknown _1241777071.unknown _1241777097.unknown _1241777108.unknown _1241777080.unknown _1241777053.unknown _1241777062.unknown _1241777025.unknown _1241776877.unknown _1241776911.unknown _1241776921.unknown _1241776899.unknown _1241776863.unknown _1241776870.unknown _1241776854.unknown _1241776458.unknown _1241776722.unknown _1241776781.unknown _1241776811.unknown _1241776832.unknown _1241776799.unknown _1241776750.unknown _1241776765.unknown _1241776735.unknown _1241776635.unknown _1241776679.unknown _1241776708.unknown _1241776654.unknown _1241776603.unknown _1241776618.unknown _1241776564.unknown _1241776000.unknown _1241776093.unknown _1241776438.unknown _1241776448.unknown _1241776054.unknown _1241775898.unknown _1241775926.unknown _1241775965.unknown _1241775982.unknown _1241775946.unknown _1241772868.unknown _1241772903.unknown _1241772914.unknown _1241772891.unknown _1241765342.unknown _1241772808.unknown _1241772654.unknown 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