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

    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）

    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）

    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？

第二篇：变压器效率重要参数计算

变压器的空载试验和短路试验（转载）

(2009-10-09 12:56:03)

空载试验----->铁损

短路试验----->铜损

变压器的空载试验指的是通过变压器的空载运行来测定变压器的空载电流和空载损耗。一般说来，空载试验可以在变压器的任何一侧进行。通常将额定频率的正弦电压加在低压线圈上而高压侧开路。为了测出空载电流和空载损耗随电压变化的曲线，外施电压要能在一定范围内进行调节。

变压器空载时，铁芯中主磁通的大小是由绕组端电压决定的，当变压器施加额定电压时，铁芯中的主磁通达到了变压器额定工作时的数值，这时铁芯中的功率损耗也达到了变压器额定工作下的数值，因此变压器空载时输入功率可以认为全部是变压器的铁损。一般电力变压器在额定电压时，空载损耗约为额定容量的0.1%~1%。

变压器的短路试验通常是将高压线圈接至电源，而将低压线圈直接短接。由于一般电力变压器的短路阻抗很小，为了避免过大的短路电流损坏变压器的线圈，短路试验应在降低电压的条件下进行。用自耦变压器调节外旋电压，使电流在0.1~1.3倍额定电流范围变化。原边电流达到额定值时，变压器的铜损相当于额定负载时的铜损，因外施电压较低，铁芯中的工作磁通比额定工作状态小得多，铁损可以忽略不计，所以短路试验的全部输入功率基本上都消耗在变压器绕组上，短路试验可测出铜损。通常电力变压器在额定电流下的短路损耗约为额定容量的0.4%~4%，其数值随变压器容量的增大而下降。

变压器空载试验和负载试验的目的和意义

变压器的损耗是变压器的重要性能参数，一方面表示变压器在运行过程中的效率，另一方面表明变压器在设计制造的性能是否满足要求。变压器空载损耗和空载电流测量、负载损耗和短路阻抗测量都是变压器的例行试验。

变压器的空载试验就是从变压器任一组线圈施加额定电压，其它线圈开路的情况下，测量变压器的空载损耗和空载电流。空载电流用它与额定电流的百分数表示，即：

进行空载试验的目的是：测量变压器的空载损耗和空载电流；验证变压器铁心的设计计算、工艺制造是否满足技术条件和标准的要求；检查变压器铁心是否存在缺陷，如局部过热，局部绝缘不良等。

变压器的短路试验就是将变压器的一组线圈短路，在另一线圈加上额定频率的交流电压使变压器线圈内的电流为额定值，此时所测得的损耗为短路损耗，所加的电压为短路电压，短路电压是以被加电压线圈的额定电压百分数表示的：

此时求得的阻抗为短路阻抗，同样以被加压线圈的额定阻抗百分数表示：

变压器的短路电压百分数和短路阻抗百分数是相等的，并且其有功分量和无功分量也对应相等。

进行负载试验的目的是：计算和确定变压器有无可能与其它变压器并联运行；计算和试验变压器短路时的热稳定和动稳定；计算变压器的效率；计算变压器二次侧电压由于负载改变而产生的变化。

变压器空载和负载试验的接线和试验方法

对于单相变压器，可采用接线进行空载试验。对于三相变压器，可采用两瓦特表法进行空载试验。直接测量法，适用于额定电压和电流较小，用电压表和电流表即可直接进行测量的变压器。当变压器额定电压和电流较大时，必须借助电压互感器和电流互感器进行间接测量，此时采用接线方式。

空载试验时，在变压器的一侧（可根据试验条件而定）施加额定电压，其余各绕组开路。 短路试验的接线方式和空载试验的接线基本相似，所不同的是要将非加压的线圈三相短接而不是开路。对于三线圈的变压器，每次试一对线圈（共试三次），非被试线圈应为开路。 短路试验时，在变压器的一侧施加工频交流电压，调整施加电压，使线圈中的电流等于额定值；有时由于现场条件的限制，也可以在较低电流下进行试验，但不应低于。

试验要求和注意事项

1、空载试验应在绝缘试验合格的基础上进行，被试变压器的分接开头应置于额定分接位置。

2、在额定电压下进行试验时，所需试验电源容量可按下式估算：SO=SeIo（千伏安）

式中：So—试验所需电源容量，Se—被试变压器额客容量，Io—被试变压变压器额定空载电流百分数。当电源容量大于5倍所需容量时，可不考虑波形对测量结果造成的影响，作大容量变压器试验时，推荐采用系统电压进行试验。

3、当用三相电源进行试验时，要求三相电压对称平衡，即负序分量不超过正序分量的5%，三相线电压相差不超过2%，试验中三相电压要保持稳定，三相电压稍有不平衡时，试验电压可取三相电压的算术平均值，也可以用a、c相的线电压代替。

4、测量用串联的电流互感器应考虑故障时动势稳容量不够可能造成的损坏保护措施。其外壳和低压绕组的接地一端必须可靠接地。测量仪表和测量回路对高压部分应保持足够的安全距离，载流引线必须有足够的通流容量。

5、测量仪表的准确度应不低于0.1级，互感器的准确度应不低于0.2级。对于较大容量变压器损耗功率的测量，应使用低功率因数瓦特表。

6、所测空载损耗是瓦特表指示的代数和，因此接线时必须注意瓦特表电流、电压线卷的极性，若使用互感器应同时注意互感器的极性。

7、利用电网高压电源进行试验时，应遵守有关的安全规程和现场运行规程。

8、试验中若发现表计指示异常或被试变压器有放电声、异常响声、冒烟、喷油等情况，应立即停止试验，断开电源，检查原因，在没有查明原因并予以恰当的处理之前，不得盲目再进行试验。