变压器的运行与测试（电机调速技术）

3、变压器的运行与测试任务说明★学习目标

在学习任务中，主要完成单相变压器的空载试验、短路试验、负载运行、三相变压器的联结组别及运行测试等任务。通过实验使学生加深理解变压器的特性和工作原理，掌握变压器常用的测试方法和运行的基本规律。

变压器是电力系统中一种重要的电气设备，一般用来进行电能的变换、传输、分配。本学习任务通过典型的工作任务来实现变压器的运行和测试，通过知识的学习，加深对实际操作能力的提升。3、变压器的运行与测试知识和能力要求★学习目标

能力要求（1）能够进行变压器运行线路的连接；（2）能够进行变压器测试线路的连接；（3）能够进行变压器测试参数的分析；（4）能够进行变压器联结组别的鉴别；（5）能够进行其他类型变压器的使用。

知识要求（1）了解变压器的结构组成；（2）理解变压器的工作原理；（3）理解变压器的技术参数；（4）掌握变压器的运行特性；（5）掌握变压器的测试方法；（6）掌握变压器的常见故障。3.1、单相变压器的运行与测试★任务准备

变压器负载运行是指变压器一次绕组加上额定电源，二次绕组连接负载时的运行状态。此时二次绕组有电流

流向负载，变压器达到能量传递作用。单相变压器负载运行示意图如图3-2所示。二、单相变压器的负载运行图3-2单相变压器负载运行示意图1．负载运行时的电磁关系

变压器负载运行时，磁通的建立主要源于一次绕组接通的交流电源。二次绕阻接负载阻抗时，在电动势

作用下产生电流

。此时，变压器的合成磁势为一次磁动势和二次磁动势之和。（3-7）3.1、单相变压器的运行与测试

由式3-7可知，合成磁动势建立负载运行时的主磁通

，因此是励磁磁动势

变压器负载运行时的电磁平衡关系如右图所示。★单相变压器的负载运行3.1、单相变压器的运行与测试★单相变压器的负载运行

单相变压器负载运行时的技术参数见表3-2。3.1、单相变压器的运行与测试2．变压器负载运行电压平衡方程式

由图3-2可得，一次电压平衡方程式为★任务实施★单相变压器的负载运行式中，R1、R2为一、二次绕组中的漏电阻；X1、X2为一、二次绕组中的漏电抗。

3.1、单相变压器的运行与测试2．变压器负载运行电压平衡方程式★任务实施★单相变压器的负载运行

所以，变压器的基本方程式组为3.1、单相变压器的运行与测试实训模块1单相变压器空载、短路实验★任务实施

实训目的（1）了解单相变压器空载、短路时的工作原理。（2）掌握单相变压器空载、短路时参数的测量方法。（3）能够利用测量数据进行其他参数计算。

实训工具和仪表（1）单相变压器1台（AC220V/24V）。（2）单相交流调压器1台（AC0～400V）。（3）交流电压表2块。（4）交流毫安表1块。（5）功率表1块。3.1、单相变压器的运行与测试实训模块1单相变压器空载、短路实验★任务实施

实训方法和步骤略

注意事项（1）在测量过程中，注意电压表、电流表的安装位置。（2）在进行变压器空载实验时，应在低压侧加电源。（3）在做短路实验时，调压器输出先调零，再逐渐提高输出电压（注意操作不要过快）。（4）接通电源后要注意电气安全，禁止接触带电部位。（5）领出的实验器材应先进行检查，有问题及时找教师更换。（6）课后做好器材清点、退库工作。（7）课后认真填写实训报告和实训日志。（8）课后要认真做好实训环境的卫生。3.1、单相变压器的运行与测试知识链接1单相变压器空载运行等效电路和相量图★任务实施1．单相变压器空载等效电路

一般会对变压器进行简化得出等效电路。单相变压器空载等效电路如图3-6所示。图3-6单相变压器空载等效电路3.1、单相变压器的运行与测试★单相变压器空载运行等效电路和相量图（3—17）

感应电动势E1就是空载电流I0流过电路中励磁阻抗的电压降。而电源电压就是漏磁阻抗上的电压降与励磁阻抗上的电压降之和。即（3—18）

电力变压器由于R1<<Rf，X1<<Xf，漏磁阻抗一般可以忽略不计，则变压器的等效电路可认为是由励磁阻抗构成的简单电路，如右图所示。3.1、单相变压器的运行与测试★单相变压器空载运行等效电路和相量图2．单相变压器空载的相量图

相量图是用极坐标方式描述变量变化的一种图形表达方式，它可以很直观地表现出变量的大小和相位关系。单相变压器空载相量图如图3-8所示。3.1、单相变压器的运行与检测实训模块2单相变压器负载运行与测试

★任务实施

实训目的（1）了解单相变压器负载运行时的工作原理。（2）掌握单相变压器负载运行时参数的测量方法。（3）能够利用测量数据进行其他参数计算。

实训工具和仪表（1）单相变压器1台（220V/24V）。（2）单相交流调压器1台（0～400V）。（3）交流电压表2块。（4）交流电流表2块。（5）功率测量表1块。（6）白炽灯泡1只（24V，60W）3.1、单相变压器的运行与检测实训模块2直流电动机的参数测定★任务实施

实训方法和步骤1）伏安法测直流电机电枢绕组冷态电阻实验接线图如右图所示：具体实验步骤略。3.1、单相变压器的运行与检测实训模块2单相变压器负载运行与测试

★任务实施

实训方法和步骤2）单相变压器负载运行与测试实验接线图如右图所示：具体实验步骤略。3.1、单相变压器的运行与检测实训模块2单相变压器负载运行测试数据★任务实施

实验数据处理3.1、单相变压器的运行与检测实训模块2单相变压器负载运行与测试

★任务实施（1）在实验过程中，注意操作顺序和流程。（2）增加电源时要注意观察负载灯炮的亮度。（3）测量时要注意各测量仪表的安装位置和读数。（4）课后做好器材清点、退库工作。（5）课后认真填写实训报告和实训日志。（6）课后要认真做好实训环境的卫生。

注意事项3.1、单相变压器的运行与检测知识链接2单相变压器负载运行等效电路和相量图★任务实施1．单相变压器负载运行等效电路

变压器连接负载后其一次绕组和二次绕组之间形成电磁关系，但因为没有直接的电的联系，在分析电路时一般比较复杂，所以，对其进行等效电路的变换是很有必要的。1）T形等效电路图3-10变压器的T形等效电路

如果将变压器的一次绕组和二次绕组等效在一个电路中，就得到了T形等效电路，如图3-10所示。3.1、单相变压器的运行与检测知识链接2单相变压器负载运行等效电路和相量图★任务实施2）近似等效电路

T形等效电路虽然能够正确反映变压器内部的电磁关系，但它的结构还是比较复杂。经过再次简化，可得到变压器的近似等效电路，如图3-11所示。图3-11变压器的近似等效电路3.1、单相变压器的运行与检测知识链接2单相变压器负载运行等效电路和相量图★任务实施3）简化等效电路

以变压器近似等效电路为电路模型，利用电工技术中的二端口网络简化原则，可将近似等效电路简化成更加直观的简化等效电路，如图3-12所示。图3-12变压器的简化等效电路3.1、单相变压器的运行与检测知识链接2单相变压器负载运行等效电路和相量图★任务实施2．单相变压器负载运行的相量图

根据变压器的T形等效电路可以得到其对应的相量图。变压器感性负载的相量图如右图所示。3.1、单相变压器的运行与检测知识链接2单相变压器负载运行等效电路和相量图★任务实施3.变压器的效率及损耗1）变压器的效率

变压器在接入额定负载时，变压器的输出功率P2（轴上的机械功率）与输入功率P1（电网吸收的电功率）的比值称为变压器的效率。用公式表示为

在实际情况中，由于变压器损耗的存在，η不可能达到100。3.1、单相变压器的运行与检测知识链接2单相变压器负载运行等效电路和相量图★任务实施3.变压器的效率及损耗2）变压器的损耗

变压器的损耗主要由铜损耗和铁损耗两部分组成。

（1）铜损耗。铜损耗是指变压器的绕组（铜材料制成，存在一定的电阻值）通过电流时因发热产生的能量损耗，这部分能量损耗需要由电网提供。

（2）铁损耗。铁损耗是指变压器的铁心形成的涡流损耗（电磁感应）和磁滞损耗（磁滞现象）。这部分能量损耗也需要由电网提供。

所以，变压器从电网中吸收的功率既包含有功功率，也包含无功功率。3.1、单相变压器的运行与检测

实训模块3变压器同名端的测试★任务实施

实训目的（1）了解电感线圈同名端的概念。（2）掌握电感线圈同名端的测试方法。

实训工具和仪表（1）单相变压器1台（AC220V/24V）。（2）单相交流调压器1台（AC0～400V）。（3）按键开关1个。（4）直流电源1台（DC24V）。（5）交流电压表2块。（6）指针式万用表1块。3.1、单相变压器的运行与检测

实训模块3变压器同名端的测试★任务实施

实训方法和步骤2）利用交流法测量变压器同名端1）利用直流法测量变压器同名端

注意事项（1）变压器施加电压时不要超过额定值。（2）电路测量时注意万用表的档位和极性。（3）领出的实验器材应先进行检查，有问题及时找教师更换。（4）课后做好器材清点、退库工作。（5）课后认真填写实训报告和实训日志。（6）课后要认真做好实训环境的卫生。3.1、单相变压器的运行与检测

知识链接3单相变压器绕组的同名端★任务实施

当磁通Φ交变时，在任一瞬间，高压绕组的某一端点电位相对为正时，低压绕组必有一端点电位也相对为正，这两个对应端点就称为同名端，如图3-16所示。图3-16变压器绕组的同名端

同名端的表示方法通常是在对应的端点旁用“*”或“·”表示。3.1、单相变压器的运行与检测知识链接3单相变压器绕组的同名端★任务实施

变压器绕组同名端常用的判别方法有观察法、直流法和交流法3种。1．观察法

观察法是利用楞次定律、安培定则来判别变压器同名端。当变压器一次侧开关合上的瞬间，一次绕组电流

产生主磁通，在一次绕组产生自感电动势e1，在二次绕组产生互感电动势e2和感应电流i2。用楞次定律可以确定e1、e2、i2的实际方向，同样可以确定U1、U2的实际方向。若一次绕组的一端与二次绕组的一端电位相同，即为同名端。2．直流法

将变压器与1.5V或3V的直流电源连接，如图3-17所示。3.1、单相变压器的运行与检测2．直流法★任务实施图3-17直流法判别变压器同名端

将万用表置于直流电压2.5V挡，红表笔接C端，黑表笔接D端，闭合开关K。在开关闭合的瞬间有变化的电流流过变压器的一次绕组，仔细观察万用表指针，可以看到指针的摆动方向。

如果指针向右正向摆动，并迅速摆回原处，说明C点和A点是同名端，D点和B点是同名端；如果指针向左反向摆动，则C点和B点是同名端，D点和A点是同名端。3.1、单相变压器的运行与检测3．交流法

用导线将高压绕组的一端与低压绕组的一端相连，同时将高压绕组及低压绕组的另一端接交流电压表V1，再将高压绕组两端接入低压交流电源，如图3-18所示。★任务实施图3-18交流法判别变压器同名端

测量U1、U2的值。若U1<U2，则A、a为同名端；若U1>U2，则A、b为同名端3.1、单相变压器的运行与检测问题1

为什么变压器的铁心要用硅钢薄片叠装而成？铁心的作用是什么？问题与思考问题2

电磁线圈的同名端的含义是什么？一般常用什么方法判断同名端？3.1、单相变压器的运行与检测★评价与考核

请按照教材中评价考核表对任务一的完成情况进行评价考核。3.1、单相变压器的运行与检测★小结

变压器是一种实现电能转换的静止设备，它的一、二次绕组分别带有不同等级的电压。高压侧和低压侧之间的电压转换，主要由磁通作为桥梁。磁通分为主磁通和漏磁通，主磁通以铁心为闭合磁路，在一、二次绕组中感应电动势；漏磁通以非铁磁性材料闭合，不能进行能量传递，只在自身绕组中产生漏磁电动势。

利用变压器的空载及短路实验，经过计算可以得到变压器的铁损和铜损，从而可以分析变压器在负载运行时的效率。变压器的同名端是确定绕组极性的重要指标，常用的判定方法有直观法、直流测定法和交流测定法。3.1、单相变压器的运行与检测★复习思考题

1．变压器是如何进行变压的？为什么只变电压而不改变频率？

2．变压器的空载运行主要反映哪些指标参数？与负载运行的关系有哪些？

3．变压器的磁通分为主磁通和漏磁通，它们有哪些区别？在变压器中所起的作用是什么？

4．一台变压器的电压为220V/110V，一次绕组线圈的匝数是2800匝，求二次绕组的匝数？

5．试比较变压器空载和负载的励磁磁动势的区别？3、变压器的运行与测试任务说明★学习目标

在学习任务中，主要完成单相变压器的空载试验、短路试验、负载运行、三相变压器的联结组别及运行测试等任务。通过实验使学生加深理解变压器的特性和工作原理，掌握变压器常用的测试方法和运行的基本规律。

变压器是电力系统中一种重要的电气设备，一般用来进行电能的变换、传输、分配。本学习任务通过典型的工作任务来实现变压器的运行和测试，通过知识的学习，加深对实际操作能力的提升。3、变压器的运行与测试知识和能力要求★学习目标

能力要求（1）能够进行变压器运行线路的连接；（2）能够进行变压器测试线路的连接；（3）能够进行变压器测试参数的分析；（4）能够进行变压器联结组别的鉴别；（5）能够进行其他类型变压器的使用。

知识要求（1）了解变压器的结构组成；（2）理解变压器的工作原理；（3）理解变压器的技术参数；（4）掌握变压器的运行特性；（5）掌握变压器的测试方法；（6）掌握变压器的常见故障。3、变压器的运行与测试工作内容及要求★任务一

利用仪表完成单相变压器的空载、短路试验。测量、读取实验数据并计算相关变量的数值，填写实验报告。任务准备

一、单相变压器的空载运行单相变压器的运行与测试变压器空载运行是指变压器一次侧加上额定电源，二次侧处于开路状态。变压器空载运行主要考核一次侧建立磁通的能力。3.1、单相变压器的运行与测试1、空载运行时的电磁关系

单相变压器空载运行示意图如图3-1所示。变压器空载运行时，磁通的建立主要源于一次绕组接通的交流电源。当一次绕组接通交流电压

时，其绕组内就会有交流电流

流过，此电流称为空载电流，也是产生空载磁动势的主要电流(励磁电流)。空载电流产生主磁通

和漏磁通

，它们的电磁关系如下。★单相变压器的空载运行图3-1单相变压器空载运行示意图单相变压器空载运行时的技术参数见表3-1。3.1、单相变压器的运行与测试★单相变压器的空载运行

一次电流主要用来建立磁通

，实现变压器一次侧和二次侧的磁路链接，而漏磁通

和一次绕组电损耗R0I0是在建立主磁通的过程中形成的损耗。铁损和铜损是用来衡量变压器工作效率的重要参数。3.1、单相变压器的运行与测试2．变压器各电磁量参考方向的规定★单相变压器的空载运行

变压器中的电压、电流、磁通及电动势的大小和方向都是时间函数，所以，它们的实际值和方向会随时间变化。因此需要规定参考方向，一般按照电工习惯规定如下（1）在负载支路，电流的正方向与电压降的正方向一致；而在电源支路，电流的正方向与电动势的正方向一致。（2）电流

与其磁动势所建立的磁通

的正方向符合右手螺旋定则。（3）由磁通

产生的感应电动势

的正方向与产生该磁通的电流

的正方向一致。（4）电压

、

的正方向表示电位降低，电动势

、

的正方向表示电位升高。（5）结果为正，说明参考方向与实际方向相同；结果为负，说明参考方向与实际方向相反。3.1、单相变压器的运行与测试3．感应电动势分析1）主磁通

产生的感应电动势★单相变压器的空载运行

变压器空载运行时，一次绕组加上正弦交流电压

，形成一次电流

，该电流产生能穿过一次绕组的交变主磁通

，且主磁通按正弦规律变化，如式（3-1）所示Φ0=Φmsinωt（3-1）式中，Φm为主磁通的幅值；ω=2πf为磁通变化的角频率；t为时间。

按照图3-1中参考方向的规定，一、二次绕组感应电动势瞬时值为：（3-2）3.1、单相变压器的运行与测试★单相变压器的空载运行同理有式中，f为电源频率，Hz；E1m、E2m为一、二次绕组感应电动势的最大值，V。

由式（3-2）、式（3-3）可知，当主磁通按正弦规律变化时，它所产生的感应电动势也按正弦规律变化。但时间和相位会滞后主磁通90°（电感线圈电压与电流相位相差90°；电流与磁通同相位）。由式（3-2）、式（3-3）得一、二次绕组感应电动势的有效值为E1=4.44fN1Φm

（3-4）E2=4.44fN2Φm

（3-5）（3-3）3.1、单相变压器的运行与测试2）漏磁通Φ1σ产生的感应电动势

用同样的方法可得E1σ=4.44fN1Φ1σm

（3-6）式中，Φ1σm为一次漏磁通最大值。

漏磁通的大小一般不随电源电压及负载的情况而变化。因为漏磁通主要是造成铁损，所以，掌握了变压器空载时的漏磁通情况，就可以基本了解负载运行中的铁损消耗。★单相变压器的空载运行3、变压器的运行与测试任务说明★学习目标

在学习任务中，主要完成单相变压器的空载试验、短路试验、负载运行、三相变压器的联结组别及运行测试等任务。通过实验使学生加深理解变压器的特性和工作原理，掌握变压器常用的测试方法和运行的基本规律。

变压器是电力系统中一种重要的电气设备，一般用来进行电能的变换、传输、分配。本学习任务通过典型的工作任务来实现变压器的运行和测试，通过知识的学习，加深对实际操作能力的提升。3、变压器的运行与测试知识和能力要求★学习目标

能力要求（1）能够进行变压器运行线路的连接；（2）能够进行变压器测试线路的连接；（3）能够进行变压器测试参数的分析；（4）能够进行变压器联结组别的鉴别；（5）能够进行其他类型变压器的使用。

知识要求（1）了解变压器的结构组成；（2）理解变压器的工作原理；（3）理解变压器的技术参数；（4）掌握变压器的运行特性；（5）掌握变压器的测试方法；（6）掌握变压器的常见故障。3、变压器的运行与测试工作内容及要求★任务二三相变压器的运行与测试

三相变压器主要用于电力系统，如升压变压器、降压变压器、配电变压器等。本任务主要针对变压器的运行、参数测试、联结组别等内容进行讲解。目的是让学生全面了解三相变压器的工作原理及典型特性，为后面交流电动机的学习奠定基础。3.2、三相变压器的运行与测试★任务准备一、三相变压器的磁路系统

三相变压器的磁路系统可分为组式磁路和心式磁路两类，如图3-19、图3-20所示。3-20心式变压器的磁路3-19组式变压器的磁路3、变压器的运行与测试任务说明★学习目标

在学习任务中，主要完成单相变压器的空载试验、短路试验、负载运行、三相变压器的联结组别及运行测试等任务。通过实验使学生加深理解变压器的特性和工作原理，掌握变压器常用的测试方法和运行的基本规律。

变压器是电力系统中一种重要的电气设备，一般用来进行电能的变换、传输、分配。本学习任务通过典型的工作任务来实现变压器的运行和测试，通过知识的学习，加深对实际操作能力的提升。3、变压器的运行与测试知识和能力要求★学习目标

能力要求（1）能够进行变压器运行线路的连接；（2）能够进行变压器测试线路的连接；（3）能够进行变压器测试参数的分析；（4）能够进行变压器联结组别的鉴别；（5）能够进行其他类型变压器的使用。

知识要求（1）了解变压器的结构组成；（2）理解变压器的工作原理；（3）理解变压器的技术参数；（4）掌握变压器的运行特性；（5）掌握变压器的测试方法；（6）掌握变压器的常见故障。3、变压器的运行与测试工作内容及要求★任务二三相变压器的运行与测试

三相变压器主要用于电力系统，如升压变压器、降压变压器、配电变压器等。本任务主要针对变压器的运行、参数测试、联结组别等内容进行讲解。目的是让学生全面了解三相变压器的工作原理及典型特性，为后面交流电动机的学习奠定基础。3.2、三相变压器的运行与测试

★任务准备二、三相变压器的联结

变压器接线有4种基本连接形式：“Y，y”、“D，y”、“Y，d”和“D，d”。我国只采用“Y，y”和“Y，d”，如下图为三相变压器的Yy0连接图及相量图：3.2、三相变压器的运行与测试

★任务准备二、三相变压器的联结

如下图为三相变压器的Y/d-11连接图及相量图：3.2、三相变压器的运行与测试实训模块1三相变压器的组别连接与测试★任务实施

实训目的

实训工具和仪表（1）单相变压器3台（AC220V/24V）。（2）数字万用表1块。（1）了解三相变压器联结组别的概念。（2）掌握三相变压器不同组别的连接方法。3.2、三相变压器的运行与测试实训模块1三相变压器的组别连接与测试★任务实施

实训方法和步骤

注意事项（1）在联结过程中，注意变压器的同名端极性。（2）领出的实验器材应先进行检查，有问题及时找教师更换。（3）课后做好器材清点、退库工作。（4）课后认真填写实训报告和实训日志。（5）课后要认真做好实训环境的卫生。（1）利用三个单相变压器实现Y/y-12；Y/y-4；Y/y-6不同组别的联结。（2）利用三个单相变压器实现Y/d-11；Y/d-3；Y/d-5不同组别的联结。3.2、三相变压器的运行与测试知识链接3-1三相变压器的联结组别知识★任务实施

三相变压器的不同联结组别是通过改变三相变压器一、二次绕组的相序和同名端而构成。1．标准组别的应用

Yyn0组别的三相电力变压器用于三相四线制配电系统中，供电给动力和照明的混合负载；

Yd11组别的三相电力变压器用于低压高于0.4kV的线路中；

YNd11组别的三相电力变压器用于110kV以上的中性点需接地的高压线路中；

YNy0组别的三相电力变压器用于原边需接地的系统中；

Yy0组别的三相电力变压器用于供电给三相动力负载的线路中。3.2、三相变压器的运行与测试知识链接3-1三相变压器的联结组别知识★任务实施2．联结组别的画法

根据三相变压器一次、二次绕组的联结方式，先画出对应的一次、二次相量图，平移二次线电压的矢量，使其末端与一次线电压的矢量末端重合，然后以一次线电压为基准，顺时针旋转至二次线电压所夹的角度被30除，得出的数值（整数值）既为钟点数。3.2、三相变压器的运行与测试知识链接3-1三相变压器的联结组别知识★任务实施3．常用的联结组别

通常，Y/y联结的三相变压器，共有Y/y-0、Y/y-4、Y/y-8、Y/y-6、Y/y-10、Y/y-2六种联结组别，标号为偶数；Y/d联结的三相变压器，共有Y/d-1、Y/d-5、Y/d-9、Y/d-7、Y/d-11、Y/d-3六种联结组别，标号为奇数。无论是Y/y联结还是Y/d联结，当相序依此右移一次（产生120º），则时间相当于错后了4个钟点；同名端和异名端之间的变换（产生180º），则时间相当于错后了6个钟点。由此可见，三相变压器的联结只要我们掌握了几个特定时钟，就可以很容易地衍生出其他的时钟联结。3.2、三相变压器的运行与测试

实训模块2三相变压器的负载运行与测试★任务实施

实训目的

实训工具和仪表（1）单相变压器3台（AC220V/24V）。（2）三相交流调压器1台（AC0～400V）。（3）直流整流板1套。（4）交流电流表2块。（5）交流电压表1块。（6）直流电流表1块。（7）直流电压表1块。（8）直流电动机1台（DC24V）（1）了解三相变压器的负载特性。（2）掌握三相