三相变压器的参数测定(实验报告里计算需要的各种公式).docx

  三相变压器的参数测定
  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，分别用和表示。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4–1为双绕组变压器的“型”等值电路。变压器的参数即为图中的等。对于三相变压器分析时化为单相，也使用图4–1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

    式(4–1)为原来的电压平衡方程式；式(4–2)为折算到原边的副边电压平衡式；式(4–3)为电流平衡方程式。
    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。
实验四  三相变压器的参数测定实验
一、实验目的
    1．熟练掌握测取变压器参数的实验和计算方法。
    2．巩固用瓦特表测量三相功率的方法。
二、实验内容
    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）  测取短路特性三条曲线。
三、实验操作步骤
1．三相变压器的电压比和变比的测定
    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（包含“电机学”）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

    对于接法的三相变压器

    具体操作步骤是：按图4–2接线，电源经开关S1、三相调压器、开关S2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S1、S2，调节外施电压到高压侧额定值，测出高、低压侧的各线电压。填入表4–1中。再将低压绕组改接成三角形接法，重复上述步骤。

图4-2  Y/ Y连接的变压器测电压比接线图
表4–1  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
    实验线路如图4-3，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，允许偏差规定不超过，三相电压基本对称，且电压波形应是实际正弦波。

    接线无误后，调压器输出调零，闭合电源开关S1和S2，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4-2中，然后逐次改变电压，在（1.2～0.5）的范围内测量三相空载电压、电流及功率，共测取7～9组数据，记录于表4-2中。

图4-3  三相变压器空载实验接线图
表4-2 空载实验数据    （低压侧）
序号
              记    录    数    据
 计  算  数  据
Uab
Ubc
Uca
 Ia
 Ib
 Ic
 PⅠ
 PⅡ
U0
I0
U0*
I0*
 P0
cosф0

    表中：为三相相电压平均值；为三相相电流平均值；
，；，。
3．负载损耗实验（又叫短路实验）
    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。

    按图4-4接线无误后，将调压器输出端可靠地调至零位。闭合开关S1和S2，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4-3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（1.1～0.5）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4-3中。

图4-4  三相变压器负载损耗实验接线图
表4-3 负载损耗实验数据　　（高压侧）
序号
              记    录    数    据
计 算 数 据               
 IＡ
 IＢ
 IＣ
UＡＢ
UＢＣ
UＣＡ
 PⅠ
 PⅡ
IＫ
ＵＫ
PＫ
 cosфＫ

    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。
四、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）计算表4-2中各组数据的、和标么值。
    （2）根据表4-2中计算数据作空载特性、和曲线。
    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

    式中　 （安）
    （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，计算公式为：                                                    

    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4-3中各组数据的、和
    （2）根据表4-3中计算数据在同一座标上作出短路特性、和曲线。
    （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．根据四.2和四.3的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。
五、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？