實驗9　單相鐵芯變壓器特性的測量

1.實驗目的

（1）通過測量，計算變壓器的各項參數。

（2）學會測繪變壓器的空載特性與外特性。

2.原理說明

（1）圖9-1為測量變壓器參數的電路。由各儀表可讀出變壓器一次側（AX，低壓側）的U1、I1、P1和二次側（ax，高壓側）的U2、I2，并用萬用表的R×1擋測量一次側、二次側繞組的電阻R1和R2，即可計算變壓器的各項參數。

（2）鐵芯變壓器是一個非線性元器件。鐵芯中的磁感應強度B決定于外加電壓的有效值U。當二次側開路（空載）時，一次側的勵磁電流I10與磁場強度H成正比，一次側電壓與電流的關系被稱為變壓器的空載特性。這與鐵芯的磁化曲線（B-H曲線）是一致的。

空載實驗通常是將二次側開路、一次側通電進行測量，因空載時的功率因數很低，故測量功率時應采用低功率因數瓦特表。此外，因變壓器空載時的阻抗很大，故電壓表應接在電流表的外側。

（3）變壓器外特性的測量。

為了滿足三組白熾燈額定電壓為220V的要求，以變壓器的低壓（36V）繞組作為一次側，以220V的高壓繞組作為二次側，即當作一臺升壓變壓器使用。

在保持一次側電壓U1（=36V）不變時，逐次增加白熾燈（每個白熾燈為15W），測量U1、U2和I1、I2，可繪出變壓器的外特性，即負載特性曲線U2=f（I2）。

3.實驗設備與元器件

（1）交流電壓表（0～450V）。

（2）交流電流表（0～5A）。

（3）單相功率表。

（4）試驗變壓器（220V/36V，50VA）。

（5）自耦調壓器。

（6）白熾燈（220V，15W）。

4.實驗內容

（1）判別變壓器線圈同名端的方法。

①直流法。如圖9-2所示，在開關S閉合瞬間，若毫安表的指針正偏，則可斷定1、3為同名端；若指針反偏，則1、4為同名端。

②交流法。如圖9-3所示，將兩個繞組N1和N2的任意兩端（如2、4端）連在一起，在其中一個繞組（如N1）的兩端加一個低電壓，另一個繞組（如N2）開路，用交流電壓表分別測量端電壓u13、u12和u34。若u13是兩繞組的端電壓之差，則1、3是同名端；若u13是兩繞組的端電壓之和，則1、4是同名端。

（2）按如圖9-1所示線路接線。其中，AX為變壓器的低壓繞組，ax為變壓器的高壓繞組，即電源經調壓器接至低壓繞組，高壓繞組220V接ZL，即15W的白熾燈（3個白熾燈并聯），經指導教師檢查后，方可進行實驗。

（3）將調壓器手柄置于輸出電壓為零的位置（逆時針旋到底），合上電源開關，調節調壓器，使其輸出電壓為36V。令負載開路并逐次增加白熾燈（最多亮5個白熾燈），分別記錄5個儀表的讀數，記錄在自擬的數據表格中，繪制變壓器的外特性曲線。實驗完畢后，將調壓器調回零位，斷開電源。

當負載為4個或5個白熾燈時，變壓器已處于超載運行狀態，很容易被燒壞。因此，測量和記錄應盡量快，總共不應超過3分鐘。在實驗時，可先將5個白熾燈并聯安裝好，斷開控制每個白熾燈的相應開關，通電，將電壓調至規定值后，再逐一打開各個白熾燈的開關，記錄儀表的讀數。待打開5個白熾燈的開關，記錄數據完畢后，應立即斷開相應開關。

（4）將高壓側開路，確認調壓器處在零位后，合上電源，調節調壓器的輸出電壓，使U1從零逐漸上升到1.2倍的額定電壓（36V×1.2），分別記錄各次測量的U1、U20和I10，填寫在自擬的數據表格中，用U1和I10繪制變壓器的空載特性曲線。

5.實驗注意事項

（1）本實驗是將變壓器作為升壓變壓器使用的，用調壓器提供一次側的電壓U1，因此使用調壓器時，首先應調至零位，然后才可合上開關。此外，必須用電壓表監視調壓器的輸出電壓，防止被測變壓器輸出過高的電壓而損壞實驗設備，要注意安全，以防高壓觸電。

（2）由負載實驗轉到空載實驗時，要注意及時變更儀表的量程。

（3）遇異常情況時，應立即斷開電源，待處理好故障后，再繼續實驗。

6.預習思考題

（1）為什么本實驗將低壓繞組作為一次側進行通電實驗？此時，在實驗過程中應注意什么問題？

（2）為什么變壓器的勵磁參數一定在空載加額定電壓的情況下求出？

7.實驗報告

（1）根據實驗內容，自擬數據表格，繪出變壓器的外特性和空載特性曲線。

（2）根據額定負載時測量的數據，計算變壓器的各項參數。

（3）計算變壓器的電壓調整率。