1、电机学实验之三相变压器的空载及短路实验实验报告学院：电气信息学院专业：电气工程及其自动化班级：电力102班小组成员：一、实验目的1、 用实验方法求取变压器的空载特性和短路特性。2 、通过空载及短路实验求取变压器的参数和损耗。3、 计算变压器的电压变化百分率和效率。4、掌握三相调压器的正确联接和操作。5、 复习用两瓦特法测三相功率的方法。二、实验仪器1、钳形谐波小功率表 2、变压器综合实验台 3、连接导线若干实验仪器介绍：钳形谐波小功率表用于测量测量交流电压、交流电流、交流电压峰值、交流电流峰值、有功功率、无功功率、视在功率（单相或三相）、功率因数、相角。交流电压谐波（达20次），交流电路谐波（
2、达 20次）及总谐波失真度。低电压指示、数据保持、自动关机。变压器综合实验台：额定容量 6NS KVA 额定电压 1 2/ 660 /380N NU U V V额定电流 1 2/ 5.26 /9.09N NI I A A 变压器接法Y/Y三、实验原理四、实验内容1 测变比K。2 空载实验，测取空载特性。U0f(I0) P0f(u0) cos0f(u0)3短路实验，测取短路特性Ukf(Ik) Pkf(Ik) coskf(Ik)五、实验线路及步骤（一）测量变压器变比：按图71调压器原边接电源，副边接电流插合一边，电流插合另一边接变压器低压绕组，高压绕组开路，合上电源开关K，调节调压器副边输出电压,
3、使外施电压为低压绕组额定电压的一半左右（即U200.5U2N）对应不同的外施电压，测量高低压绕组的UAB、UBC、UCA、Uab、Ubc、Uca对应不同外施电压测量三组数据。记录于下表71中：表71序号 ABU abU AK BCU bcU BK ACU acU cK K伏 伏 伏 伏 伏 伏1 174.5 100 1.745 172.4 99.7 1.729 173.0 99.8 1.733 1.7362 156.4 90 1.738 155.2 99.6 1.732 155.3 89.7 1.731 1.7343 138.8 80 1.735 138.0 79.8 1.729 137.7
4、79.5 1.732 1.732最后取3次计算的平均值，所以K=1.734(二) 空载实验实验线路如71所示，空载实验在低压侧进行，调压器原边接电源，副边接电流插合一端，电流插合另一端接低压侧首端a,b,c,，高压侧开路。K380V ABCabc yzYZXx三相调压器 V W电压测针 A电流插销功率表 电压表 电流表的接法图71测变比K及空载实验接线图合上电源开关K之前，应将调压器手柄调到输出电压为零的位置，然后闭合开关K，将电流插销插入插盒，电压测针插在正确位置。调节调压器使输出电压为低压绕级额定电压1.1到1.2倍，记下每一组数据，然后单方向逐次降低电压，每次测量低压侧空载电压，电流及功
5、率（用两瓦法测三相功率时，其两次功率读数就是a相电流，ab相电压，这是功率Pab,和c相电流，bc相电压，这是功率Pbc；b相电流，和ac相电压。功率不计。在测时应该注意正负，主要看功率表指针方向。如果打反针则要将插梢换个方向。）测7到8组数据记录于下表。三相总功率等于Pab，Pbc的代数和。注意测量顺序。表71序号 1 2 3 4 5实验测试数据 Uab(V) 400 380 320 280 230Ubc(V) 399 379 318 278 230Uac(V) 397 378 319 279 231Ia(A) 0.465 0.42 0.307 0.255 0.21Ib(A) 0.46 0.
6、42 0.31 0.25 0.2IC(A)0.44 0.4 0.3 0.25 0.21Pab(W) -32 -23 -7 -2 -1Pbc(W) 130 115 77 58 40(三) 短路实验：实验线路如图73所示。短路实验在高压侧进行，高压绕组经电流插盒和调压器接至电源，低压绕组用较粗导线直接短路。仪器接线同上，仪表选择原则是：电流表量程大于高压边额定电流，电压表应是低量程的，因为短路电压只有额定电压的百分之几，而功率表应选高功率因素瓦特表。为减小测量误差，电压接线应接至上图中的A，B，C位置（即电流之后或负载端）。K380V ABC abcyzYZX x三相调压器图 73 短路实验接线图
7、合上电源之前，一定要注意将调压器手柄置于零的位置。然后接入仪表，合上电源开关K，缓慢调节调压器输出，使短路电流Ik达到高压绕组的额定电流I1N。在IkI1N到0.4I1N范围内较快测取4，5组数据（因短路电流较大，为避免变压器发热而烧坏，故第一组应动作迅速）其测量顺序同空载顺序（用两瓦法测三相功率时，其两次功率读数就是a相电流，ab相电压，这是功率Pab,和c相电流，bc相电压，这是功率Pbc；b相电流，和ac相电压。功率不计。在测时应该注意正负，主要看功率表指针方向。如果打反针则要将插梢换个方向。）三相总功率等于Pab，Pbc的代数和。并将数据记录于下表73中，同时记下室温。表73室温= 2
8、0 序号 ABU BCU ACU AI BI CI ABP BCPV V V A A A W W1 27.0 27.3 27.8 5.0 4.4 4.76 -2 1172 25.1 25.4 25.7 4.5 4.0 4.3 -3 973 21.9 22.7 22.0 4.0 3.7 3.85 -3 794 19.4 20.3 20.4 3.5 3.38 3.2 -2 59实验数据处理:1.计算变压器的变比K序号 ABU abU AK BCU bcU BK ACU acU cK K伏 伏 伏 伏 伏 伏1 174.5 100 1.745 172.4 99.7 1.729 173.0 99.8
9、1.733 1.7362 156.4 90 1.738 155.2 99.6 1.732 155.3 89.7 1.731 1.7343 138.8 80 1.735 138.0 79.8 1.729 137.7 79.5 1.732 1.732最后取3次计算的平均值，所以K=1.734表1（表中粗体字为计算值）变比计算公式为/ 3/ 3AB ABA ababU UK UU 所以有 11 1 174.5 1.745100ABA abUK U 111 172.4 1.72999.7BCB bcUK U 11 1 173.0 1.73399.8ACC acUK U 那么就有 1 1 11 1.74
10、5 1.729 1.733 1.7363 3A B CK K KK 同理可得2 1.738AK 2 1.732BK 2 1.731CK 2 2 22 1.738 1.732 1.731 1.7343 3A B CK K KK 3 1.735AK 3 1.729BK 3 1.732AK 3 3 33 1.735 1.729 1.732 1.7323 3A B CK K KK 最后再取3次的平均值，计算公式如下1 2 3 1.736 1.734 1.732 1.7343 3K K KK ，2.空载实验表2表2为空载实验的实验数据，其中U和I为线电压和线电流现在计算空载参数OU OI 取每次实验时的
11、3个数据的平均值，由于采用两表法测量，所以3相总功率为 ab bcP P现在计算第一组实验1 1 11 400 399 397 398.6667( )3 3ab bc acO U U UU V 1 1 11 0.465 0.46 0.44 0.455( )3 3a b cO I I II A 序号 1 2 3 4 5实验测试数据 ( )abU V 400 380 320 280 230( )bcU V 399 379 318 278 230( )acU V 397 378 319 279 231( )aI A 0.465 0.42 0.307 0.255 0.21( )bI A 0.46 0.
12、42 0.31 0.25 0.2( )cI A 0.44 0.4 0.3 0.25 0.21( )abP W -32 -23 -7 -2 -1( )bcP W 130 115 77 58 40130 ( 32) 98( )O ab bcP P P W 101 1 1 98 0.31193 3 398.67 0.455OO OPCOS U I 同理可以得到2.3.4.5组实验的 0U OI OP OCOS将计算结果填入下表序号 计算数据0( )U V 0( )I A 0( )P W 0COS1 398.6667 0.4550 98 0.31192 379.00 0.4133 92 0.33913
13、 319.00 0.3070 90 0.41454 279.00 0.2517 56 0.46055 230.3333 0.2067 39 0.4730表3由表3中所列数据,使用Matlab做出空载特性曲线1.空载电压和空载电流的关系： 0( )OU f I0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5050100150200250300350400450空 载 电 流 Io（ A )低压侧电压Uo(V)Uo= f(Io)Uo= f(Io)2.空载损耗和空载电压的关系： 0 0( )P f U150 200 250 300 350 400 450 5000501
14、00150低 压 侧 电 压 Uo(V )空载损耗Po(W)P o= f(Uo)P o= f(Uo)3.功率因素和空载电压的关系： 0 0( )COS f U 200 250 300 350 400 4500.10.150.20.250.30.350.40.450.50.550.6低 压 侧 电 压 Uo(V )功率因数功 率 因 数 = f(Uo)功 率 因 数 = f(Uo)3.短路试验短路实验数据记录如下表所示序号 ABU BCU ACU AI BI CI ABP BCPV V V A A A W W1 27.0 27.3 27.8 5.0 4.4 4.76 -2 1172 25.1 2
15、5.4 25.7 4.5 4.0 4.3 -3 973 21.9 22.7 22.0 4.0 3.7 3.85 -3 794 19.4 20.3 20.4 3.5 3.38 3.2 -2 59表4现在依据表4中的数据计算短路参数现在以计算第一组实验数据为例1 1 11 29.3 27.5 27.2 28( )3 3AB BC ACk U U UU V 1 1 11 5.0 5.30 4.66 4.9867( )3 3A B CK I I II A 1 1 1 115 ( 5) 110( )K AB BCP P P W 11 1 1 110 0.45483 3 28 4.9867KK K KPC
16、OS U I 同理，我们可以的得到2.3.4组实验的 KU KI KP KCOS将所的计算结果填入下表序号 计算数据( )KU V ( )KI A ( )KP W KCOS1 27.3667 4.7200 115 0.51402 25.4000 4.2667 94 0.50083 22.2000 3.8500 76 0.51344 20.0333 3.3600 57 0.4889表5用表5中所计算的数据使用Matlab画出短路特性曲线为1. 短路电压和短路电流的关系： ( )K KU f I3 3.5 4 4.5 5161820222426283032短 路 电 流 Ik（ A）短路电压Uk（
17、V)Uk = f(Ik )Uk = f(Ik )2短路损耗和短路电流的关系： ( )K KP f I3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 55060708090100110120短 路 电 流 Ik（ A）短路损耗Pk（W)P k = f(Ik )P k = f(Ik )3.功率因素和短路电流的关系： ( )K KCOS f I 3 3.5 4 4.5 5 5.500.10.20.30.40.50.6短 路 电 流 Ik（ A）功率因数功 率 因 数 = f(Ik )功 率 因 数 = f(Ik )4.参数计算算空载参数：（以 0 2 380NU U V 时的数据
18、计算）00 2 20 92 179.83 3 0.413m Pr r I 00 0 379 529.83 3 0.413m Uz z I 2 2 2 2529.8 179.8 498.4m m mx z r 标幺值：（ 2NU 和 2NI 均为相值）2* 2 9.09179.8 7.45380/ 3Nm m NIr r U 2* 2 9.09529.8 21.95380/ 3Nm m NIZ Z U 2* 2 9.09498.4 20.65380/ 3Nm m NIX X U 短路参数：（取 1k NI I 时的数据计算）2 2115 1.723 3 4.72kk kPr I 27.37 3.
19、353 3 4.72kk kUZ I 2 2 2 23.35 1.72 2.87k k kx z r 折算到基准工作温度下的短路参数为：75 235 75 235 751.72 2.09235 235 20k kr r 2 2 2 275 75 2.09 2.87 3.55k k kZ r x 额定短路损耗： 75 2.09115 139.741.72kKN k krP P Wr 标幺值：（ 1NU 和 1NI 均为相值）1* 75 1 5.262.09 0.029660/ 3Nk k NIr r U 1* 1 5.262.87 0.040660/ 3Nk k NIx x U 1* 75 1
20、5.263.55 0.049660/ 3Nk k NIZ Z U 5.画出变压器“T”型等值电路，并将各参数用标幺值标注在电路中，其中近似认为：11* 2* *2 0.0144kr r r 11* 2* *2 0.0198kX X X 6.计算短路电压百分数（ 1NU 和 1NI 均为相值）1* 75 1 5.26100% 3.55 100% 4.90%660/ 3Nk k NIU Z U 1* 75 1 5.26100% 2.09 100% 2.89%660/ 3Nkr k NIU r U 1* 75 1 5.26100% 2.87 100% 3.96%660/ 3Nkx kx NIU Z
21、U 7.计算额定负载时的电压变化率（cos 2 0.8 和cos 2 1 ）有额定负载时， = kNII ，此时即有 1 电压变化率为： * *% ( cos 2 sin 2)kr kxU U U 当cos 2 0.8 时有sin 2 0.6 有 :* *% ( cos 2 sin 2) 1 (2.89% 0.8 0.6 3.96%) 4.69%kr kxU U U 当cos 2 1 时有sin 2 0 有* *% ( cos 2 sin 2) 1 (2.89% 1 0 3.96%) 2.89%kr kxU U U 8.计算额定负载时的效率（cos 2 0.8 时）2 20 2 3 22 0 92 1 1151 1 0.9587cos 1 6 10 0.8 92 1 115KNN KNP PS P P 序号 1 2 3 4 5实验测试数据 Uab(V) 400 380 320 280 230Ubc(V) 399 379 318 278 230Uac(V) 397 378 319 279 231Ia(A) 0.465 0.42 0.307 0.255 0.21Ib(A) 0.46 0.42 0.31 0.25 0.2IC(A) 0.44 0.4 0.3 0.25 0.21Pab(W) -32 -23 -7 -2 -1Pbc(W)130 115 77 58 40
