变压器参数测定中空载实验和短路实验的理解

确定变压器的参数是在《电机学》和《电力系统分析》中非常重要的一个环节,这里用自己习惯的方式讲一下怎样理解
首先要讲下变压器的额定参数,这个也是个常考的知识点

  1. 额定功率,即视在功率,电压×电流,单位是VA或者kVA
  2. 额定电压划重点)——原方:外加的额定电源电压 U 1 N U_{1N} U1N;副方:原方额定时负载端的空载电 U 20 U_{20} U20(电势)(三相时为线电压)
  3. 额定电流,由 S N S_{N} SN U N U_{N} UN求得,单相时: S N = U N I N S_N=U_NI_N SN=UNIN,三相时 S N = 3 U N I N S_N=\sqrt{3}U_NI_N SN=3 UNIN
  4. 联结组号
  5. 其他参数

然后是变压器要去测哪些参数:
变压器参数测定中空载实验和短路实验的理解_第1张图片
这个是变压器的T型等值电路,我们要测的是绕组的电阻(铜耗) R T R_{T} RT R T = R 1 + R 2 R_T=R_1+R_2 RT=R1+R2
),一次侧与二次侧漏电抗之和 X T X_{T} XT X T = X 1 σ + X 2 σ X_T=X_{1\sigma}+X_{2\sigma} XT=X1σ+X2σ),励磁电阻 R m R_{m} Rm,励磁电抗 X m X_{m} Xm,还有变比 k k k
首先,我们必须要假设变压器的接线方式,单相变压器高压侧是AX,低压侧是ax
变压器参数测定中空载实验和短路实验的理解_第2张图片
这个非常重要,因为这样你就明白了变压器不会转来转去,一会儿这边是高压,一会儿那边是高压

1.空载试验

有些教材上来就会给你一句:空载试验通常在低压侧加额定电压,这就很迷了:1.为什么要在低压侧加?2.怎么加,以220kV/121kV为例子,是把ax加121kV,还是AX加121kV,因为我们之前做了说明,所以我们才知道是把121kV加到ax端。

问题1的原因:

  1. 为了方便和安全,选择在低压测ax处加电压,因为高压测电压太高(相对)而且电流太小
  2. 电流较小,必须校准,
    实验电路图如下
    变压器参数测定中空载实验和短路实验的理解_第3张图片
    记住空载试验看电压,使得 U 2 = ( 0 − 1.2 ) U 2 N U_2=\left( 0-1.2 \right) U_{2N} U2=(01.2)U2N,由此可以测出 U 10 U_{10} U10 I 20 I_{20} I20 P 20 P_{20} P20
    变压器参数测定中空载实验和短路实验的理解_第4张图片

接着可以求得
r m = P 20 I 20 2 Z m = U 20 I 20 x m = Z m 2 − r m 2 k = U 10 U 20 = U 10 U 2 N r_m=\frac{P_{20}}{I_{20}^{2}} \\ Z_m=\frac{U_{20}}{I_{20}} \\ x_m=\sqrt{Z_{m}^{2}-r_{m}^{2}} \\ k=\frac{U_{10}}{U_{20}}=\frac{U_{10}}{U_{2N}} rm=I202P20Zm=I20U20xm=Zm2rm2 k=U20U10=U2NU10
需要注意的是,此时测的电阻和电抗还是二次侧的,如果算到一次侧还要乘以 k 2 k^2 k2

2.短路试验

讲完开路实验,我们可以自然而然地联想短路实验。而短路实验就是将二次侧短接,与励磁支路相比,二次侧的阻抗很小,因此分得的电流大,我们可以近似忽略掉中间的励磁支路。
选择在高压侧加电压的原因:短路时低压方电流太大。同样的,电压较小,我们必须要测准,电压表要最靠近绕组
实验电路图如下
变压器参数测定中空载实验和短路实验的理解_第5张图片
实验曲线如下,注意短路实验看电流。必须降压,使得 I k = ( 0 − 1.2 ) I 1 N I_k=\left( 0-1.2 \right) I_{1N} Ik=(01.2)I1N(因为真短路电路是顶不住的,我们只是让他到一次侧的额定电流)
变压器参数测定中空载实验和短路实验的理解_第6张图片
由此可以求得短路实验的参数
r k = P k I k 2 Z k = U k I k x k = Z k 2 − r k 2 r_k=\frac{P_k}{I_{k}^{2}} \\ Z_k=\frac{U_k}{I_k} \\ x_k=\sqrt{Z_{k}^{2}-r_{k}^{2}} rk=Ik2PkZk=IkUkxk=Zk2rk2

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