单相变压器空载和短路实验
变压器的空载及负载试验
Ib
3.35A 2.85A
Ic
3.5A
Icp
W1
3.23A 1059
W2 W
-494 594W
a 空载电流百分数 b 空载损耗
i0
(I0a
I0b 3I e
I 0c ) 100 %
3.23 100 % 288 .7
1.12%
P0 P1 P2 P1 (P2 ) 1059 465 594W
5、降低电流时的负载试验有关计算
由于负载试验所需容量较大，尤其对容量较大的变压器，在现场试 验时，试验电源和调压器的容量很难满足要求。但负载试验中，所 加电流与测量电压和损耗呈线性关系，因此规程允许降低电流进行 负载试验，并对所测量的数据作以下换算：
UK
U
' K
(
Ie
I
' K
)
PK
PK'
(
Ie
I
（3） 温度系数(Q—试验时器温度铜T=235 铝T=225)：
KQ
T 75 T Q
（4） 换算至75℃下负载损耗： PK 750 C K Q PK
（5）换算至75℃下阻抗压降：
U K 750 C %
U
2 K
( PK 10Se
)2 (KQ2
1)
8
第四节 电力变压器的短路和空载试验
标准I0=3.5 P0=540W 结论：合格。
11
第四节 电力变压器的短路和空载试验
（2）负载试验：从一次加压，二次三相短路,额定分头Ⅱ。变压器油 温：12℃ 铜线
UAB
UBC
UCA
变压器短路试验的方法
变压器短路试验的方法变压器的短路承受能力试验主要是考核其承受短路的机械力，并不能验证其热特征(在标准中明确规定承受短路的耐热能力由计算验证)。
短路承受能力试验通常是在试验室完成的。
国际电工委员会(IEC)和我国国家标准(GB)都对变压器承受短路的能力进行了明确的规定，并且对短路承受能力试验的方法和要求进行了阐述。
下面就试验中有关的具体问题作进一步的分析。
1短路试验的标准变压器短路试验的标准有国标GB 1094.5—1985、国际标准IEC 76-5：1976和1996年修改稿(IEC 14/268CD，现未正式采用)。
GB 1094.5—1985和IEC 76-5：1976基本等效。
目前国内的变压器均按GB 1094.5—1985这一标准进行试验，出口变压器则按IEC 76-5：1976或与其相应的国家标准试验。
它们之间的差异见表1。
表1短路试验标准比较序号项目GB 1094.5—85IEC 76-5：1976 IEC 14/346/FDIS1容量分类Ⅰ＜3 150kVA同GB＜2 500kVAⅡ3 150～40 000kVA 2 500～100 000kVA Ⅲ＞40 000kVA＞100 000kVA2试验油温0～40℃同GB10～40℃持续时间Ⅰ0.5s±10%同GB同GBⅡ、Ⅲ制造厂和使用部门协商0.25s±10%4电抗变化Ⅰ≤2%(同心式)≤4%(箔式和短路阻抗为3%以上)同GB同GBⅡ、Ⅲ制造厂与使用部门协商≤1%或1%～2%(双方协商)电流幅值及偏差每相至少有一次100%最大非对称电流，其他两次不低于75%最大非对称电流每相至少有3次100%最大非对称电流同IEC 76-5：1976对称电流≤±10%非对称电流≤±5%同GB同GB6试验次数Ⅰ采用三相电源时，共进行3次试验；采用单相电源时，共进行9次试验，每相进行3次试验，非对称短路电流一次100%，另两次不低于75%采用三相电源时，共进行9次试验，采用单相电源时共9次，每相进行3次，但非对称电流3次都是100%同IEC 76-5：1976Ⅱ、Ⅲ制造厂和使用部门协商同GB同GB7分接位置Ⅰ最大、最小和额定同GB同GBⅡ、Ⅲ制造厂和使用部门协商8绝缘试验(复试)电压原绝缘电压的85%原绝缘电压的75%原绝缘电压的100%9系统短路表观容量—与GB不尽相同与GB不尽相同10非对称分量峰值系数2KX/R≥14时，2K=2.55X/R＜14时查表同GBX/R≥14时，2K=2.69(对于容量超过100MVA第Ⅲ类变压器)注：IEC 14/346/FDIS为修订IEC76-5：1976委员会文件，请各国家委员会提意见，近期将颁布实施。
3.4单相变压器的参数测定
如何减小测量误差？☆
5
§3-4 单相变压器的参数测定
2、短路参数计算 ☆
短路试验时，由于外加电压很低，铁耗和励磁电流均可以 忽略，因此采用变压器简化等效电路。其短路参数为：
Zk
Uk Ik
Rk
Pk
I
2 k
X k Zk2 Rk2
由于电阻值与温度有关，需要折算到基准工作温度
§3-4 单相变压器的参数测定
变压器的参数是有制造变压器的材料、结构和形状决定的， 在设计变压器时可以根据材料、结构和尺寸来进行初步计算， 也可以通过实验来测量。
一、变压器空载试验
通过空载试验可以测出变压器的变比k、铁耗和 励磁阻抗Zm。
1、空载试验电路 为了安全起见，空载试验通常在低压边做，如图。
8
§3-4 单相变压器的参数测定
短路参数：
Zk
Uk / Ik
3 440 / 3 3.52 72.17
Rk
pk / 3
I
2 k
13590 / 3 72.172 0.87
X k Zk2 Rk2 3.39
短路参数（换算到基准温度）：
Rk 75C
Rk ( 75)
0.87(228 75) 228 20
6
§3-4 单相变压器的参数测定
当短路电流达到额定值I1N时，外加电压 Uk I1N Zk75C
称变压器短路电压或阻抗电压，通常为4～10.5％。变压器
的短路损耗则为（0.4~4%)SN 。
『补例3-5』一台三相铝线变压器，SN=1250kVA，U1N/U2N= 10kV/0.4kV；原、副边绕组为Y，y接。在室温20℃时测出以下 数据（为三相功率）：
4、变压器空载短路试验及特性
三、标么值：
标么值=实际值/基值 1.基值的选择： 1）通常以额定值为基准值。 2）各侧的物理量以各自侧同单位物理量的额定值 为基准； 线值以额定线值为基准值，相值以额定相值为基 准值； 单相值以额定单相值为基准值，三相值以额定三相 值为基准值 3）阻抗以同侧额定相电压除以额定相电流。
2.优点： 1）不需折算： U2’*=U2’/U1N=KU2/KU2N=U2* 2）额定值的标么值等于1； 3）便于比较； 4）某些物理量的标么值相等：ZK*=ZK/ （U1N/I1N）=UK/U1N=UK* *
注意：为了便于测量和 安全起见，通常在低 压侧加电压，将高压 侧开路。
实验过程：外加电压 从额定电压开始在一 定范围内进行调节 4.计算： U1指试验时 的电源电压；U20 是指降压变压器高压 侧的电压
U 20 K U 1N I0 I 0 % 100% I1N
Zm Rm
U 1N I0 P0 2 I0 Z
2.效率：η=（P2/P1）*100% =（1-Σp/P1）*100%= • 其中：pcu= （I2/I2N）2pKN=β2 pKN pFe P0 其中
pCu
I2 2 2 ( ) PKN PKN I2N
2
P2 S N cos 2
可见，影响变压器运行效率的因素有： 1）负载的大小； 2）负载的性质； 3）铁芯的状况（p0）； 4）绕组的状况（pKN） • 效率特性： 1）轻载时…； 2）满载时…； 3）效率最高时…
2 m
Xm
R
2 m
*：（1）如为三相变压器则各公式中的电 压、电流和功率均为相值； （2）由于在低压侧做的试验，如为降压变 压器需折算到高压侧即乘以K2； （3）空载电流和空载功率必须是额定电压 时的值，并以此求取励磁参数。
变压器空载负载测试方法
K变压器的空载试验和短路试验一、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：I 0 %(I 0I N) 100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：u K %U ( U N) 100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：Z K %( Z KZ N) 100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。
二、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，可采用图 1 所示的接线进行空载试验。
对于三相变压器，可采用图 2 和图 3 所示的两瓦特表法进行空载试验。
图 2 为直接测量法，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，此时采用图 3 接线方式。
图1 单相变压器空载试验接线图2 三相变压器空载试验的直接测量空载试验时，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。
变压器开路短路实验
实验报告课程名称：变压器实验实验项目：空载试验、短路实验、负载实验实验地点：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：年月日一、 实验目的和要求（必填）目的：1、通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。
2、通过负载试验测取变压器的运行特征。
要求：试验电压一般应为额定频率、正弦波形，并使用一定准确等级的仪表和互感器。
如果施加电压的线圈有分接，则应在额定分接位置。
试验中所有接入系统的一次设备都要按要求试验合格，设备外壳和二次回路应可靠接地，与试验有关的保护应投入，保护的动作电流与时间要进行校核。
三相变压器，当试验用电源有足够容量，在试验过程中保持电压稳定。
并为实际上的三相对称正弦波形时，其电流和电压的数值，应以三相仪表的平均值为准。
联结短路用的导线必须有足够的截面，并尽可能的短，连接处接触良好。
二、 实验内容和原理（必填）1、 空载试验测取空载特性)(00I f U =，)(00U f P =，)(cos 00U f =φ。
2、 短路实验测取短路特性)(K K I f U = ，)(K K I f P =，)(cos K K I f =φ。
3、 负载试验（1） 纯电阻负载保持N I U U =，1cos 2=φ的条件下，测取)(22I f U =。
三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法与实验步骤（可选）1、空载试验（1）在三相调压交流短点的条件下，按图3-1接线。
被测变压选用三相组式变压器DJ11中的一只作为单相变压器，其额定容量P N =77V A ，U 1N /U 2N =220/55V ，I 1N /I 2N =0.35/1.4A 。
变压器的低压线圈a 、x 接电源，高压线圈A 、X 开路。
（2）选好所有测量仪表量程。
将控制屏左侧调压旋钮向逆时针方向旋转到底，即将其调到输出电压为零的位置。
（3）合上交流电源总开关，按下“启动”按钮，便接通了三相交流电源。
调节三相调压器旋钮，使变压器空载电压U 0=1.2U N ，然后逐次降低电压源电压，在1.2~0.3U N 的范围内，测取变压器的U 0、I 0、P 0。
变压器空载试验和短路(负载)试验的目的
变压器空载试验和短路(负载)试验的目的变压器空载试验和短路(负载)试验的目的：所谓的空载试验和短路试验就是：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。
HZBS-V 变压器空载负载特性测试仪 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%。
HZBS-V 变压器空载负载特性测试仪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。
电机实验
实验一单相变压器的特性一、实验目的通过变压器的空载实验和短路实验，确定变压器的参数、运行特性和技术性能。
二、实验内容1．空载实验（1）测取空载特性I0、P0、cos 0=f(U0)（2）测定变比2．测取短路特性：U K=f(I K)，P K=f(I K)三、实验说明1．实验之前请仔细阅读附录中交流功率表（ZDL-565）的使用说明。
2．实验所用单相变压器的额定数据为：S N=1KV A，U1N/U2N=380/127V。
3．调压器的n端和电网的n端短接。
1)单相变压器空载实验（1）测空载特性图1-1为单相变压器空载实验原理图，高压侧线圈开路，低压侧线圈经调压器接电源。
本实验采用交流功率表测量电路中的电压、电流和功率。
接线时，功率表A相电流测量线圈串接在主回路中，功率表U a 接到三相调压器输出端a端上，功率表U b、U c和U n 短接后接到三相调压器输出端n端上。
实验步骤：①请参照图1-1正确接线V4A4WK2合分a xA X调压器a b c n图1-1 单相变压器空载实验接线原理图② 合上总电源开关和操作电源开关，按下操作电源合闸按钮，对应的红色指示灯亮；检查台面上所有的按钮处于断开位置，均为绿灯亮；所有数字表显示无错误。
③ 检查三相调压器在输出电压为零的位置，然后合上实验台上调压器开关，逐渐升高调压器的输出电压，使U 0（低压侧空载电压）由0.7U 2N （U 2N =127V ）变到1.1U 2N ，分数次（至少7次）读取空载电压U 0，空载电流I 0及空载损耗P 0，在额定电压附近多做几点，测量数据记入表1-1。
* 注意实验时空载电压只能单方向调节。
④ 实验完毕后，调压器归零，断开调压器开关。
（2）测定变比变压器副线圈开路，原线圈（此时一般用低压线圈作为原线圈）接至电源，经调压器调到额定电压，用电压表测出原、副边的端电压，从而可确定变比。
axAXU U K2) 单相变压器短路实验实验接线原理如图1-2所示，低压线圈短路，高压线圈经调压器接至电源。
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第三章变压器实验
3-1单相变压器
一、实验目的
1、通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。
2、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U0=f(I0)，P0=f(U0) , cosφ0=f(U0)。
2、短路实验
测取短路特性U K=f(I K)，P K=f(I K), cosφK=f(I K)。
3、负载实验
（1）纯电阻负载
保持U1=U N，cosφ2=1的条件下，测取U2=f(I2)。
（2）阻感性负载
保持U1=U N，cosφ2=的条件下，测取U2=f(I2)。
四、实验方法
1、实验设备
2、屏上排列顺序
D33、D32、D34-3、DJ11、D42、D43
图3-1 空载实验接线图
3
、空载实验
1）在三相调压交流电源断电的条件下，按图3-1接线。
被测变压器选用三相组式变压器DJ11中的一只作为单相变压器，其额定容量 P N =77W ，U 1N /U 2N =220/55V ，I 1N /I 2N =。
变压器的低压线圈a 、x 接电源，高压线圈A 、X 开路。
2）选好所有电表量程。
将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋转到底，即将其调到输出电压为零的位置。
3）合上交流电源总开关，按下“开”按钮，便接通了三相交流电源。
调节三相调压器旋钮，使变压器空载电压U 0= ，然后逐次降低电源电压，在～ 的范围内，测取变压器的U 0、I 0、P 0。
4）测取数据时，U=U N 点必须测，并在该点附近测的点较密，共测取数据7-8组。
记录于表3-1中。
A X
5）为了计算变压器的变比，在U N以下测取原方电压的同时测出副方电压数据也记录于表3-1中。
4、短路实验
1）按下控制屏上的“关”按钮，切断三相调压交流电源，按图3-2接线（以后每次改接线路，都要关断电源）。
将变压器的高压线圈接电源，低压线圈直接短路。
X
2）选好所有电表量程，将交流调压器旋钮调到输出电压为零的位置。
3）接通交流电源，逐次缓慢增加输入电压，直到短路电流等于为止，在～
I N 范围内测取变压器的U K 、I K 、P K 。
4）测取数据时，I K =I N 点必须测，共测取数据6-7组记录于表3-2中。
实验时记下周围环境温度(℃)。
5、负载实验
实验线路如图3-3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。
R L 选用D42上900Ω加上900Ω共1800Ω阻值，X L 选用D43，功率因数表选用D34-3，开关S 1和S 2选用D51挂箱 图
3-3 （1）纯电阻负载
1）将调压器旋钮调到输出电压为零的位置，S 1、S 2打开，负载电阻值调到最大。
V 2
W **
C O X L 1
a
A
A
x
2）接通交流电源，逐渐升高电源电压，使变压器输入电压U1=U N。
3）保持U1=U N，合上S1，逐渐增加负载电流，即减小负载电阻R L的值，从空载到额定负载的范围内，测取变压器的输出电压U2和电流I2。
4）测取数据时，I2=0和I2=I2N=必测，共取数据6-7组，记录于表3-3中。
（2）阻感性负载（cosφ2=）
1）用电抗器X L和R L并联作为变压器的负载，S1、S2打开，电阻及电抗值调至最大。
2）接通交流电源，升高电源电压至U1=U1N
3）合上S1、S2，在保持U1=U N及cosφ2=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U2和I2。
4）测取数据时，其I2=0，I2=I2N两点必测，共测取数据6-7组记录于表3-4中。
五、注意事项
1、在变压器实验中，应注意电压表、电流表、功率表的合理布置及量程选择。
2、短路实验操作要快，否则线圈发热引起电阻变化。
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=U AX /U ax
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(I 0)，P 0=f(U 0)，cos φ0=f(U 0)。
式中： （2）计算激磁参数
从空载特性曲线上查出对应于U 0=U N 时的I 0和P 0值，并由下式算出激磁参数
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(I K ) 、P K =f(I K )、cos φK =f(I K )。
（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 =I N 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。
折算到低压方
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。
2
'2'2'''K
K K K K
K K
K
K
r Z X I P
r I U Z -===2
2
2
'''
K X X K r r K Z Z K
K K K
K K
===0
00
cos I U P =Φ227575755.23475
5.234K
C K C K K C K X r Z r r +=++=︒︒︒θθ
2
200
20
m
m m m m r Z X I U Z I P r -=
==
式中：为铜导线的常数,若用铝导线常数应改为228。
计算短路电压(阻抗电压)百分数
I K =I N 时短路损耗P KN = I N 2r 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=两条外特性曲线U 2=f(I 2)，由特性曲线计算出I 2=I 2N 时的电压变化率
（2）根据实验求出的参数，算出I 2=I 2N 、cos φ2=1和I 2=I 2N 、cos φ2=时的电压变化率Δu 。
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=不同负载电流时的变压器效率,记录于表3-5中。
式中：
P KN 为变压器I K =I N 时的短路损耗(W)； P 0为变压器U 0=U N 时的空载损耗(W)。
为副边电流标么值
表3-5 cos φ2= P 0= W P KN = W
%100)cos 1(2
20222
20⨯+++-=***KN N KN P I P P I P I P ϕη2
2sin cos ϕϕKX Kr u u u +=∆%10020
2
20⨯-=∆U U U u %
100%100%
1007575⨯=⨯=⨯=︒︒N
K N KX N
C
K N Kr N C K N K U X
I u U r I u U Z I u )(cos 222W P P I N =*ϕN I I I 22*
2=
(2)由计算数据绘出变压器的效率曲线η=f(I *2)。
(3)计算被试变压器η=ηmax 时的负载系数βm 。
KN
m P P 0=
β。