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单相变压器

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Overview

资料来源: Bazzi, 康涅狄格州大学电气工程系, 斯托斯, CT。

变压器是一种固定的电动机器, 它能加速或降低交流电压。它们通常是由初级和次级线圈或线圈组成的, 其中主电压在次级或相反方向上向上或向下加强。当电压被应用于绕组中的一个绕组和电流流时, 磁通在磁芯中感应, 耦合两个绕组。在交流电流的作用下, 交流磁通被诱导, 其变化率在二次绕组上产生电压 (法拉第定律)。两绕组之间的磁链连接取决于每个绕组的匝数;因此, 如果主绕组比二次绕组有更多的转弯, 则在主线圈上的电压会比次级线圈高, 反之亦然。

本实验通过寻找其等效电路参数来表征单相变压器。三进行了测试: 开路试验、短路试验和直流试验。

Principles

本实验使用的变压器额定为 115 V/24 V, 100 VA。额定电压来自于每个绕组的绝缘能力来安全地处理特定的电压, 而 VA 额定值或功率 (瓦特) 额定值来自于这些绕组的电流处理能力, 特别是导线厚度。重要的是不要将主次和高低电压的术语混合。对于这个实验, 主侧假设有 115 V 等级, 而第二方则被评为24。115 V 边有两个终端标记 IN1 和 IN2, 而第二方有两个终端标记 OUT1 和 OUT2。

高压侧通常用于短路测试, 以实现更多的电压分辨率。例如, 如果一个变压器额定为 1200 V/120 v, 在 120 v 的短路可能有额定电流流动与少于10% 的 1200 v, 这使得 0-120 v 可变自动变压器 (调压器) 在 1200 v 适合这个测试。低压侧通常用于开路测试, 因为这种电压在实验室中更容易获得。因此, 这种方法是在本实验中遵循的标准做法。

开路测试有助于估计两绕组之间的互感, 以及核心的通量引起的核心功率损耗。短路试验有助于识别两绕组的漏电电感, 因为在短路时会产生最大电流, 并且线圈周围的磁通会泄漏。直流测试有助于测量两个绕组的导线电阻。

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Procedure

1. 直流测试

  1. 打开工作台上可用的低压直流电源。
  2. 将其电压输出设置为 0 V, 并将当前限制设置为0.8。
  3. 双检查电路连接, 然后将电源输出连接到主侧绕组 (IN1 和 IN2)。离开二次侧绕组 (OUT1 和 OUT2) 打开。
  4. 打开电源, 并稍微增加电压, 直到达到当前限制。请注意, 当电源打开时, 电源可能已受限流。不增加当前限制.
  5. 记录电源显示的电压和电流读数。
  6. 将电压设置为0伏, 并断开电源。
  7. 将当前限制调整为 4, 然后将电源输出连接到次侧绕组 (OUT1 和 OUT2)。保持主侧绕组 (IN1 和 IN2) 打开。
  8. 打开电源, 并稍微增加电压, 直到达到当前限制。请注意, 当电源打开时, 电源可能已受限流。不增加当前限制.
  9. 记录电源显示的电压和电流读数。对于这个变压器, 输入电压是 3.5 V, 电流是 0.8 A。
  10. 将电压设置回0伏, 关闭电源, 然后断开。
  11. 用多米测量主绕组的电阻。
  12. 通过多米测量二次绕组的电阻。
  13. 这是常见的, 有较高的电压侧电阻高于较低的电压侧阻力, 因为事实是, 双方的权力是理想的平等, 更高的电压意味着较低的电流, 从而降低阻力。在多台仪表上的直流测试和测量电阻应紧密匹配。

2. 开路试验

  1. 确保三相源已关闭。
  2. 连接电路的开路测试 (图 1)。使用数字电能表。
  3. 确保调压器在0%
  4. 双击图1所示的电路连接, 然后打开三相位源。
  5. 慢慢调整调压器旋钮直到数字功率计上的电压读数达到 24 v
  6. 记录电能表的电压、电流、实际功率和功率因数。
  7. 将调压器设置回 0%, 关闭三相位源, 并断开调压器输出。
  8. 在开路或空载试验中, 磁化电抗 (Xm) 和核心损耗电阻 (RC) 从当前 (Ioc)、电压 (Voc) 和电源 (P oc) 中找到。) 度量如下:
    RC= Voc2/Poc (1)
    和Xm= Voc2/Qoc (2)
    其中Qoc2=(VocIoc)2 Poc2 (3)

Figure 1
图 1: DC 测试示意图请单击此处查看此图的较大版本.

3. 短路试验

  1. 确保三相源已关闭。
  2. 连接电路的短路测试 (图 2)。确保 IN1 和 IN2 连接到调压器输出。
  3. 确保调压器在0%
  4. 计算变压器的额定输入电流。这是通过将 VA 额定值除以输入端的额定电压来发现的。例如, 如果输入为 115 V, va 额定值为 100 va, 则输入电流额定值为 100/115 = 0.87 A。
  5. 检查电路, 然后打开三相位源。
  6. 慢慢地, 仔细地调整调压器旋钮直到数字功率计上的电流读数达到额定输入电流。
  7. 在电能表上记录电压、电流、实际功率和功率因数。
  8. 将调压器设置回 0%, 关闭断开连接开关, 并断开调压器输出。保持调压器三相电缆连接。
  9. 卸下在变压器次级的短路位置。
  10. 在短路试验中, 漏电抗 (X1+x2= Xeq) 和电阻线 (R从当前 (I SC) 中找到两个绕组的 1 +R2"= req )、电压 (Vsc) 和电源 (Psc) 的测量结果如下:
    Req=PscIsc2 (4)
    和Xeq= QscIsc2 (5)
    其中Qsc2=(Vsc Isc)2 Psc2 (6)
  11. X1 被假定为等于X2, 而r1 和r2可以从 DC 测试中使用 (或至少其中一个)。如果未执行 DC 测试, 则通常假定R1 和r2是相等的。

Figure 2
图 2: 短路测试示意图请单击此处查看此图的较大版本.

4. 负载测试

负载测试显示电流和电压值是如何在理想状态下的变压器的输入和输出端之间相互关联的. v1/v2 = I2/我1 = N1/N2 = aN是轮数, 下标1和2分别用于主和次边, 而a是轮流比率。第二侧反射到主侧的阻抗为R "=a2r或X"=a2十 x

  1. 确保三相源已关闭。
  2. 连接负载测试的电路 (图 3)。确保 IN1 和 IN2 连接到调压器输出。
  3. 确保调压器在0%
  4. 使用1/200 设置将示波器的差分电压探头连接到主电源。使用适当的比例因子调整 0 V 偏移量的探针测量。
  5. 连接示波器电流探头以测量负载电流。调整探头测量的 0 mv 抵消与1X 缩放因子为 100 mv/一个设置。
  6. 检查电路, 然后打开三相断开开关。
  7. 慢慢调整调压器旋钮直到VP 读取 115 v
  8. 记录两个数字功率计的电压、电流、实际功率和功率因数。
  9. 捕获示波器屏幕, 至少显示三周期。
  10. 关闭三相位源并将调压器设置为0%。
  11. 以并联的三100ω电阻器取代100ω电阻。
  12. 打开三相位源并慢慢调整调压器旋钮, 直到VP读取115五v
  13. 仅记录两个数字电能表读数 (无示波器屏幕截图)。
  14. 将调压器设置回 0%, 关闭断开连接开关, 然后断开安装。

Figure 3
图 3: 负载测试示意图请单击此处查看此图的较大版本.

单相变压器用于电力供应和其他设备, 将交流电压和电流从一个值转换为另一种。变压器是至关重要的提供电气隔离, 这是必要的安全运行的许多实验室仪器和医疗设备。如果输入和输出不共享一个共同的终端, 那么变压器可以转移功率与完全物理分离。这可以防止系统中的危险高压侧的电流到达电路和安全的低电压侧的人。了解变压器中的元件对变压器的分析和设计非常重要。此视频将演示如何通过执行各种测试来测量变压器部件的电气参数。

一个变压器有一对输入端子连接到一主要绕组或线圈和一对输出端子连接到第二绕组。一个核心由钢, 铁素体或甚而简单地空气磁性夫妇两个绕组组成。一个绕组的电压使电流流过它, 形成一个磁场。磁通量, 也就是通过一个区域的磁场的量, 然后通过核心连接到次级绕组, 在那里感应电压。这个原理叫做相互感应。法拉第定律指出, 通量的变化率乘以绕组数等于感应电压。也称为电动势或 EMF。一个直流电压横跨主绕组是恒定的因此, 由此产生的磁通量也是恒定的, 变化率是零。然而, 交流电压产生一个非零变化率的磁通量, 从而导致电压。换言之, 变压器需要交流电压来操作。变压器匝数比是在主绕组上的线轮数目除以二次绕组的匝数。电压的比率横跨初级到电压横跨二次是均等到转弯比率。根据匝数的不同, 变压器可以加强电压, 降低电压或保持不变。电流通过次到电流的比值等于转比的倒数。例如, 如果主线圈有三轮和次有30回合, 转比是0.1。因而120伏特在这个变压器的主要成为1200伏在次要。10安培通过初级成为1安培通过次要。最后, 如果二次线圈有一负载阻抗 Z2, 主线圈有一个明显的或反射负载, Z2 质数。这种反射载荷的值是二次侧的阻抗乘以旋转比的平方。变压器可以被认为是一对耦合电感, 理想的传输能量而不损耗从一个线圈到另一个。然而, 一个真正的变压器泄漏磁通或漏电感, 这并不有助于在绕组之间的能量转移。此外一个真正的变压器体验功率耗散和热化从绕组抵抗。磁芯中产生的磁通量是由于核心损耗电阻引起的额外的热量来源。为避免损坏, 指定的最大功率输入被称为 VA 额定值或输入电压的乘积和功率的电流。现在已经介绍了变压器的基本知识, 让我们来看看如何测量变压器的电气参数。

本实验中使用的变压器额定为在一次绕组上最多可耐受115伏, 在次绕组上最大为24伏。此外, 该变压器的额定功率为 100VA, 这意味着它可以接受最多100瓦特的功率。该直流测试测量变压器的等效电路模型中每个绕组的电阻。首先将低压直流电源电压输出设置为零伏, 电流限制为0.8 安培。然后关闭电源。连接主绕组的电源输出。不要将任何东西连接到次绕组。打开直流电源, 并逐渐增加电压, 直到达到当前的极限。记录电源显示的电压和电流读数。通过电流除以电压来计算主绕组的电阻。将电源电压设置回零伏, 然后将其关闭。连接二次绕组的电源, 在主绕组上留下开路。将电源的当前限制设置为四安培。然后逐渐增加电压, 直到电流达到极限。记录电源显示的电压和电流读数。计算二次绕组的电阻。将电源电压设置回零伏, 将其关闭并断开与变压器的连接。最后使用多米来确认在主、次绕组上的计算电阻。

开路试验测量相互反应物或反对从核心损失抵抗电流的变动。铁心损耗电阻是功率损耗的等效电路参数, 在变压器铁心中近似功率损耗。与三相电源关闭和调压器设置为零百分比, 组装电路如图所示。然后使用数字功率计测量开路电流和主侧电压。打开三相电源, 并慢慢调整调压器的控制旋钮, 以增加电压, 直到数字功率计读数24伏。记录开路电压、开路电流、开路电路的实际功率和功率因数。使用这些值计算变压器的等效电路参数。核心损耗电阻, RC 是从开路电压和开路功率计算出来的。使用开路电压、电源和电流, 计算出了类似的互电抗 XM。

短路试验测量泄漏反应物, 也可以确定两个绕组的导线电阻。首先通过将 VA 额定值除以输入端的电压额定值来计算变压器的额定输入电流。与电源关闭, 并调压器在零百分比输出组装电路如图所示。这一次使用数字功率计测量短路电流和电压。打开三相电源, 慢慢调整调压器以增加电压, 直到数字电能表上的电流读数达到额定输入电流。记录短路电压和电流以及短路的实际功率和功率因数。所述泄漏反应物是原副反应和所述二次侧反应物的总和, 被假定为相等。用短路试验的测量方法计算泄漏反应物。最后计算了两绕组的总导线电阻, 作为主绕组电阻和二次侧绕组的反射电阻之和。

变压器是非常有用的电气设备, 在电力转换和电气隔离领域的安全应用。负载测试测量的电压的比值横跨初级电压跨次, 以及电流的比率通过初级到电流通过次。电路是组装的100欧姆电阻连接到第二方和电流和电压测量两侧。以115伏的主侧为单位, 对电压、电流、实际功率和功率因数进行了测量。主电压与二次电压的比值理想地等于转比。对小鼠嗅感觉神经元的研究使用氙闪光管中的紫外线来离解某些化合物。驱动闪光管的电路需要用一台步进变压器产生的高电压。与所有高压设备一样, 安全设计使用变压器进行电气隔离, 以防止在电路中有危险电压和其他电子器件的部件之间发生意外短路。

你刚刚看了朱庇特的单相变压器介绍。您现在应该了解变压器是如何工作的以及如何测量其等效电路参数。谢谢收看!

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Results

通过执行直流、开路、短路和负载试验, 确定了变压器的等效电路参数;因此, 模拟、操作和分析现实的变压器行为成为可能。

短路测试通常是通过在高压侧施加一个增加的电压来实现的, 因为只有在这一侧的小电压可能导致额定电流在短路的低压侧流动。这是很有用的操作变压器在额定电流, 因此, 测试目前的运载能力。

本测试的短路电压为11.9 伏, 短路电流为 0.865, 短路功率为 7.11 W。然后用短路测量法计算漏电抗, 在这种情况下是9.94Ω的。所产生的主侧和反射侧电抗是每个4.97Ω。总导线电阻计算为9.502Ω。减去主绕组的电阻 (4.375Ω) 给出5.127

对于开路试验, 在运行额定电压时, 确保变压器电压绝缘性能的满足是非常有用的。其他的测试, 如绝缘材料击穿, 机械振动试验等的高罐绝缘试验, 也执行, 但更先进的应用。

对于该变压器, 开路电压为23.8 伏, 开路电流为335.5 毫安, 开路功率为 2.417 W。从这些测量, 核心损耗电阻, Rc,和相互电抗, Xm, 可以分别计算为234.35Ω和74.67Ω。

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Applications and Summary

所描述的测试是评价变压器阻抗和确定其等效电路参数的关键。由于变压器的应用不同, 从简单的充电器到大功率的交流输电, 适当的特点不同的变压器, 为各种应用是必不可少的。变压器阻抗用于电力系统, 以确定变压器两侧可能的故障阻抗, 近似变压器的效率, 计算其线路和负载调节, 并模拟变压器的一部分, 较大的电气系统.

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Transcript

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