实验三 三相变压器的运行特性研究

实验三  三相变压器的运行特性研究 一、任务目标 1、测定三相变压器的空载特性、短路特性。 2、测定三相变压器变比和参数。 3、测定三相变压器的运行特性。 二、任务复习 1、三相变压器的基本工作原理、特性、参数。 2、三相变压器的空载和短路试验应注意哪些问题，一般电源应加在哪一方比较合适？ 3、三相心式变压器的三相空载电流是否对称，为什么？ 4、三相变压器在空载和短路试验中，各种仪表的接法和相对位置？ 5、三相变压器的试验方法及步骤。 三、实训设备 序 号 型 号 名 称 数 量 1 MEC01 电源控制屏 1套 2 MEC02 实训桌 3 MEC12 三相芯式变压器 1件 4 MEC22 真有效值交流电流表 1件 5 MEC23 真有效值交流电压表 1件 6 MEC24 单三相智能型功率、功率因数表 1件 7 MEC33 开关与电力电容组件 1件 8 MEC41 可调电阻器（一） 1件 9 MEC42 可调电阻器（二） 1件         四、实训过程 1、三相变压器变比测试的接线及变比测试 图4-9三相变压器变比测试接线图 按图4-9接线。图中三相芯式变压器选用MEC12，其额定容量PN=152V·A，UN=220/110V，IN=0.4/0.8A， Y/Y接法，低压线圈a、b、c端接电源、x 、y、z端短接，高压线圈X、Y、Z端短接，A、B、C端开路；交流电压表V1、V2选用MEC23。 （1）检查按图4-9的接线是否正确，变压器的接法是否正确。确认MEC01电源总开关处于断开状态，将控制屏左侧的三相调压器逆时针方向旋转到底。 （2）开启控制屏上的电源总开关，按下“启动”按钮，顺时针调节控制屏左侧的三相调压器，缓慢升高三相交流输出电压U1=UN＝110V。 （3）测取三相变压器高压线圈的线电压UAB、UBC、UCA及低线圈的线电压Uab、Ubc、Uca，记录于表4-13中。 表4-13 高压绕组线电压（V） 低压绕组线电压（V） 变比(K) 平均变比 UAB   Uab   KAB=UAB/Uab= K =（KAB+KBC+KCA）/3= UBC   Ubc   KBC=UBC/Ubc= UCA   uca   KCA= UCA/Uca=             （4）数据测取完后，将控制屏左侧的三相调压器逆时针方向旋转到底，按下“停止”按钮。 2、三相变压器空载试验的接线及测取空载试验数据 4-10三相变压器空载试验接线图 按图4-10接线。图中三相变压器选用MEC12，Y接法，即三相变压器的低压线圈a、b、 c端接电源，x、y、z端短接（Y接法），高压线圈X、Y、Z端短接，A、B、C端开路；交流电压表V1、V2、V3选用MEC23；交流电流表A1、A2、A3选用MEC22；三相功率、功率因数W1、W2选用MEC24。 （1）检查按图4-10的接线是否正确，交流电压、电流表、三相功率表及变压器的接法是否正确。确认控制屏左侧的三相调压器已逆时针方向旋转到底。 （2）按下“启动”按钮，顺时针调节控制屏左侧的三相调压器，逐渐升高三相交流输出电压（用V1、V2、V3任意一只表观察），使三相交流输出电压UOL=1.2UN。 （3）从UOL=1.2UN开始，逆时针调节控制屏左侧的三相调压器，逐次降低三相交流输出电压UOL，直至降至UO=0.2UN，在1.2UN～0.2UN的范围内，测取三相变压器的空载线电压U0L、空载线电流I0L、空载功率P0，共测取数据7-9组。记录于表4-14中，其中UOL=UN点必须测，并在该点附近多测几点。 表4-14 序 号 试 验 测 量 数 据 计 算 数 据 U0L(V) I0L(A) PO(W) UOL(V) IOL(A) cosΦO Uab Ubc Uca IaO IbO IcO                                                                                                                                                                                                                                 表中：UOL=（Uab+Ubc+Uca）/3      IOL=(Iao+Ibo+Ico)/3    cosΦO=PO/1.7321·U0L·I0L （4）试验结束后，将控制屏左侧的三相调压器逆时针方向旋转到底，按下“停止”按钮。 2、三相变压器短路试验的接线及测取短路试验数据 图4-11三相变压器短路试验接线图 按图4-11接线。图中三相变压器选用MEC12，Y接法，即三相变压器的高压线圈A、B、C端接电源，X、Y、Z端短接，低压线圈a、b、c端短接，x、y、z端短接；交流电压表V1、V2、V3选用MEC23；交流电流表A1、A2、A3选用MEC22；三相功率、功率因数W1、W2选用MEC24。 （1）检查按图4-11的接线是否正确，交流电压、电流表、单相功率表及变压器的接法是否正确。确认控制屏左侧的三相调压器已逆时针方向旋转到底。 （2）按下“启动”按钮，顺时针调节控制屏左侧的三相调压器，缓慢升高三相交流输出电流IKL（用A1、A2、A3任意一只表观察），直到三相变压器高压绕组的短路电流IKL=1.1IN为止。 （3）从IKL=1.1IN开始，逆时针调节控制屏左侧的三相调压器，逐次降低交流输出电流IKL，直至降至IKL=0.3IN，在1.1IN～0.3IN的范围内，测取三相变压器的短路线电压UKL、短路线电流IKL、短路功率PK。共测取数据6-8组，记录于表4-15中，其中IKL=IN点必须测，并在该点附近多测几点，试验时记下周围环境温度（℃）。 表4-15            室温      ℃    序 号 试 验 测 量 数 据 计 算 数 据 UKL (V) IKL (A) PK(W) UKL(V) IKL(A) cosΦK UAB UBC UCA IAK IBK ICK                                                                                                                                                                                                       表中：UKL =（UAB +UBC +UCA）/3      IKL =(IAK +IBK +ICK )/3     cosΦK=PK/1.7321·UKL·IKL （4）试验结束后，将控制屏左侧的三相调压器逆时针方向旋转到底，按下“停止”按钮。 4、三相变压器负载试验的接线及测取短负载试验数据（阻性负载） 图4-12 三相变压器阻性负载试验接线图 按图4-12接线。图中三相变压器选用MEC12，原、副边均为Y接法，即三相变压器的高压线圈A、B、C端接电源，X，、Y、Z端短接，低压线圈x、y、z端短接， a、b、c端经开关S接负载RL；交流电压表V1、V2选用MEC23；交流电流表A1、A2、A3选用MEC22；负载RL1、RL1、RL3分别选用MEC41、MEC42的三组900Ω并Ω900Ω共450Ω阻值的可变电阻器（Y接法），作为三相变压器的三相可调负载RL；负载开关S选用MEC33。 （1）检查按图4-12的接线是否正确，交流电压、电流表、负载及变压器的接法是否正确。确认控制屏左侧的三相调压器已逆时针方向旋转到底，负载RL调至最大位置（三只电阻均调到最大），断开开关S。 （2）按下“启动”按钮，顺时针调节控制屏左侧的三相调压器，缓慢升高三相交流输出电压U1，使用交流输出电压U1=U1N。 （3）合上开关S，接通负载RL，在保持U1=U1N不变的情况下，逐渐增大负载（减小负载电阻RL的值，三只可调阻性负载RL1、RL2、RL3要同时均匀调节），即增大变压器的负载电流I2（调节时要保证交流电流表A3、A4、A5的数值基本相等），直至增大到额定电流IN。 （4）从负载电流I2=IN开始，减小负载（增大电阻RL的值，三只可调阻性负载RL1、RL2、RL3要同时均匀调节），逐次降低变压器的负载电流I2，直至I2降至0（断开开关S），在IN～0的范围内，测取变压器的输出电压U2和负载电流I2。共测取数据6-8组，记录于表4-16中，其中I2=0和I2=I2N=0.8A两点必须测。 表4-16        U1=U1N=      V；          cosφ2=1 序 号 试 验 测 量 数 据 计 算 数 据 U2 (V) I2 (A) U2(V) I2(A) UAB UBC UCA IA IB IC                                                                                                                                                                   表中：U2=（UAB +UBC +UCA）/3      I2=(IA +IB +ICK)/3    （5）试验结束后，先控制屏左侧的三相调压器逆时针方向旋转到底，再按下“停止”按钮，拆除实训导线、最后关闭实训装置电源总开关。 五、实训注意事项 1、在三相变压器实验中，应注意电压表、电流表和功率表的合理布置。 2、短路试验通电前，一定要检查电源电压是否已调到零，即检查三相调压器是否已逆时针旋转到底；通电试验时操作要快，否则线圈发热引起电阻变化。 3、负载试验时，要严格保持电源输入电压不变，每次负载改变时都要调节电源输出电压，使U1=U1N。 实验四  三相异步电动机的起动与调速 一、任务目标 1、熟悉三相异步电动机各种起动与调速的接线和操作。 2、掌握三相异步电动机的起动方法。 3、掌握三相异步电动机的调速方法。 二、实训设备 序 号 型 号 名 称 数 量 1 MEC01 电源控制屏 1套 2 MEC02 实训桌 3 DD03-11 不锈钢电机导轨、测速光码盘 1 件 4 DJ16 三相鼠笼式异步电动机 1 台 5 DJ17 三相绕线式异步电动机 1 台 6 DJ23 校正直流测功机 1台 7 MEC21 直流数字电压、毫安、安培表 1件 8 MEC22 真有效值交流电流表 1件 9 MEC23 真有效值交流电压表 1件 10 MEC25 智能型转矩、转速、输出功率测试仪 1件 11 MEC31 直流电枢电源及开关组件 1件 12 MEC41 可调电阻器（一） 1件 13 MEC42 可调电阻器（二） 1件 14 MEC44 波形测试板及专用电阻 1件         三、实训过程 1、三相异步电动机直接起动的接线和直接起动试验 图3-9  三相式异步电动机直接起动接线图 按图3-9接线。图中三相异步电动机M选用DJ16，Δ接法；交流电压表V选用MEC23；交流电流表A选用MEC22。电动机M不与测功机MG联接。 （1）检查按图3-9的接线是否正确，交流电压、电流表及三相鼠笼式异步电动机接法是否正确。确认MEC01电源总开关处于断开状态，将控制屏左侧的三相调压器逆时针方向旋转到底，做好三相异步电动机M的起动准备。 （2）开启控制屏上的电源总开关，按下“启动”按钮，顺时针调节控制屏左侧的三相调压器升高三相交流输出电压（用V表观察），使三相交流输出电压U=UN=220V。M起动后观转向是否为正向施转，若为反向旋转，则先将控制屏左侧三相调压器逆时针调到底，切断总电源开关，再将三相异步电动机M任意两相绕组的接线对调，重新启动三相异步电动机M。 （3）再按下“停止”按钮，断开三相交流电源，待电动机M停止旋转后，按下“启动”按钮，接通三相交流电源，使电动机M全压起动，观察电动机M的起动瞬间最大的电流值ISt，记录该起动电流数值ISt。 （4）停机，将控制屏左侧的调压器逆时针旋转到底，按下控制屏上方的“停止”按钮，使电动机停机，拆除接线。 2、三相异步电动机Y-Δ起动的接线和Y-Δ起动试验 3-10三相异步电动机Y-Δ起动接线图 按图3-10接线。图中三相异步电动机M选用DJ16；交流电压表V选用MEC23；交流电流表A选用MEC22；开亲S选用MEC31；电动机M不与测功机MG联接。 （1）将转换开关S合向中间位置（不接1或2端），按下“启动”按钮，顺时针调节控制屏左侧的三相调压器升高三相交流输出电压（用V表观察），使三相交流输出电压U=UN=220V。 （2）将转换开关S合向“2”端（不接1或2端），电动机M作Y运行，按下“启动”按钮，观察电动机M的起动瞬间最大的电流值，然后把转换开关S合向“1”端，使电动机M作Δ正常运行，整个起动过程结束。观察起动瞬间电流表的显示值以与其它起动方法作定性比较。 （3）停机，将控制屏左侧的调压器逆时针旋转到底，按下控制屏上方的“停止”按钮，使电动机停机，拆除接线。 4、三相异步电动机降压调速的接线及降压调速试验 图3-12三相异步电动机的降压调速接线图 按图3-12接线。图中三相异步电动机M选用DJ16，Δ接法；交流电压表V选用MEC23；交流电流表A选用MEC22；开亲S选用MEC31；RE旋转编码器（测速系统）选用DD03-11；将M、RE之间用橡胶直接联接好并用偏心螺丝固定在DD03-11上。 （1）按“三相异步电动机的启动步骤”启动电机。 （2）从U1=UN=220V开始逐次减小降低交流输出电压，直至电动机M的转速n降低至0r/min（注意，当电动机转速开始明显降低时，调压器要缓缓调节），在这一过程中测取电动机M的输入电压U1（用V表读数）、输出转速n。共取数据6-8组，记录于表3-25中。 表3-25              T2≈0 U1(V) 220V                 n(r/min)                                       （3）停机 将控制屏左侧的调压器逆时针旋转到底，同时关闭控制屏的“励磁电源”，断开负载开关S， 按下控制屏上方的“停止”按钮，拆除实训导线、电机，最后关闭实训装置电源总开关。 5、三相绕线异步电动机转子串电阻调速的接线及转子串电阻调速试验 按图3-12接线。图中三相绕线式异步电动机M选用DJ17，其额定值PN＝120W，UN＝220V、Y接法，IN＝0.6A，nN＝1380r/min；校正直流测功机MG选用DJ23，作为测功机使用，校正直流测功机MG按他励发电机方式连接，在此作为三相绕线异步电动机M的负载，用于测量电动机M的输出转矩和输出功率；RE旋转编码器（测速系统）选用DD03-11，将M、MG及RE之间用橡胶联轴器直接联接好并用偏心螺丝固定在DD03-11上；直流电流表A1选用MEC21，直流毫安表A2选用MEC21，直流电压表V选用MEC21；交流电压表V1、V2、V3选用MEC23；交流电流表A3、A4、A5选用MEC22；功率、功率因数W1、W2表不接入本次试验；Rst专用电阻选用MEC44；Rf2选用MEC42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值的变阻器作为测功机MG的磁场调节电阻； R2选用MEC41上的900Ω串联900Ω加上900Ω并联900Ω共2250Ω阻值作为测功机MG的负载电阻，（当负载电流IF大于0.4 A时用并联部分，而将串联部分阻值调到最小并用导线短接）；开关S选用MEC31组件，用于控制负载R2的通断。 接好线后，检查M、MG及RE之间是否用橡胶联轴器联接好，偏心螺丝是否打紧。测功机系统按图4示意图接入，通过转速线将DD03-11与MEC25连接起；通过电流线将DJ23与MEC25连接起（护套头（红+黑-）串入DJ23校正直流测功机电枢负载回路中）。 图3-12三相绕线异步电动机的转子串电阻调速接线图 （1）将绕线异步电动机转子专用电阻打到“0Ω”档，将直流测功机MG的磁场调节电阻Rf2调至阻值最大位置，负载电阻R2调至阻值最大位置，断开开关S，励磁电源处于关断状态。按“三相异步电动机的启动步骤”启动电机。 （2）开启控制屏的励磁电源，调节校正直流测功机M磁场调节电阻Rf2，使励磁电流If2为校正值100 mA（用A2表观察），并在此整个试验过程中保持此校正值100mA不变。 （3）合上负载开关S，调节校正直流测功机MG的负载电阻R2（减小R2的阻值，当负载电流IF大于0.4 A时用并联部分，而将串联部分阻值调到最小并用导线短接），使电动机M的输出功率达到额定值，即T2=TN≈0.8N·m（用MEC25表观察）。 （4）保持U＝UN=220V、T2=TN及If2为校正值100mA不变的条件下，记录三相绕线电动机M转子串入电阻Rst=0Ω时的输出转速n于表3-26中。 （5）保持U＝UN=220V、If2=100mA，将绕线异步电动机转子专用电阻打到“0Ω”档，并调节测功机MG的负载电阻R2使T2=TN，记录三相绕线电动机M转子串入电阻Rst=2Ω时的输出转速n于表3-26中。 （6）分别调节转子串入三相电阻Rst的阻值为5Ω、15Ω，重复（5）步骤，分别测取三相绕线电动机M转子串入电阻Rst=2Ω及Rst=15Ω时的输出转速n于表3-26中。 表 3-26    U1=UN=220V    If2=100 mA      T2=      N·m（IF=  A） Rst(Ω) 0 2 5 15 n(r/min)                   （7）停机 将控制屏左侧的调压器逆时针旋转到底，同时关闭控制屏的“励磁电源”，断开负载开关S， 按下控制屏上方的“停止”按钮，拆除实训导线、电机，最后关闭实训装置电源总开关。 五、实训注意事项 1、三相异步电动机起动时，要观察电动机转向，应符合正向旋转要求。 2、三相绕线异步电动机转子绕相每相串入电阻应相同。 3、Y-Δ起动时，要注意接线顺序，电动机首末端接线必须正确。