理想状态下，液体的表面张力是一个定值，与测量时所用金属环的材料无关。界面张力仪又称扭力天平，仪器上施加的力是由钢丝扭转产生的扭力，该扭力与铂金环施加的表面张力相平衡。......
2023-06-22
变压器参数测定与极性判别实验
【摘要】：掌握利用单相变压器的空载、短路实验测定单相变压器的参数。（五）变压器绕组同极性端判别实验原理图 （图3）图2单相变压器短路实验原理图短路实验一般在高压侧进行，即高压端经调压器接电源，低压端直接短路。根据同极性端钮，可以正确连接变压器绕组。变压器同极性端的测定原理及步骤如下。直流电压的数值根据实验变压器的不同而选择合适的值，一般可选择6V以下数值。
一、实验目的
（1）学习单相变压器的空载、短路的实验方法。
（2）掌握利用单相变压器的空载、短路实验测定单相变压器的参数。
（3）掌握变压器同极性端的测试方法。
二、实验主要仪器设备
（1）单相小功率变压器1台。
（2）交流380/220V电源及单相调压器1台。
（3）交流电流表1块。
（5）单相功率表和数字万用表各1块。
（6）电流插箱及导线。
三、实验原理图及实验步骤
（一）单相变压器空载实验原理图 （图1）
图1 单相变压器空载实验原理图
图1 单相变压器空载实验原理图
（二）空载实验步骤
（1）按上图连线，注意单相调压器打在零位上，经检查无误后才能闭合电源开关。
（2）用电压表观察UK读数，调节单相调压器使UK读数逐渐升高到变压器额定电压的50%。
（3）读取变压器U20和U1（UP）电压值，记录在表1，算出变压器的变比。
（4）继续升高电压至额定值的1.2倍，然后逐渐降低电压，把空载电压 （电压表读数）、空载电流（电流表读数）及空载损耗（功率表的读数）记录下来，要求在0.3～1.2额定电压的范围内读取6～7组数据，记录在表1中。注意：UN点最好测出。
（三）单相变压器短路实验原理图 （图2）
（二）空载实验步骤
（1）按上图连线，注意单相调压器打在零位上，经检查无误后才能闭合电源开关。
（2）用电压表观察UK读数，调节单相调压器使UK读数逐渐升高到变压器额定电压的50%。
（3）读取变压器U20和U1（UP）电压值，记录在表1，算出变压器的变比。
（4）继续升高电压至额定值的1.2倍，然后逐渐降低电压，把空载电压 （电压表读数）、空载电流（电流表读数）及空载损耗（功率表的读数）记录下来，要求在0.3～1.2额定电压的范围内读取6～7组数据，记录在表1中。注意：UN点最好测出。
（三）单相变压器短路实验原理图 （图2）
图2 单相变压器短路实验原理图
短路实验一般在高压侧进行，即高压端经调压器接电源，低压端直接短路。
（四）短路实验步骤
（1）为避免出现过大的短路电流，在接通电源之前，必须先将调压器调至输出电压为零的位置，然后才能合上电源开关。
（2）电压从零值开始增加，调节过程要非常缓慢，开始时稍加一个较低的小电压，检查各仪表是否正常。
（3）各仪表正常后，逐渐缓慢地增加电压数值，并监视电流表的读数，使短路电流升高至额定值的1.1倍，把各表读数记录在表2中。
（4）缓慢逐次降低电压，直至电流减小至额定值的0.5倍。在从1.1IN往0.5IN调节的过程中测5～6组数据，包括额定电流IN点对应的各电表数值。将电流表的读数（一次侧电流ID）、电压表的读数（一次侧电压UD）及功率表的读数（P0=PFe+PCu）记录在表2中。
注意：①在空载实验升压过程中，要单方向调节，避免磁滞现象带来得影响；②不要带电作业，有问题要首先切断电源，再进行操作；③短路实验应尽快进行，否则绕组过热，绕组电阻增大，会带来测量误差。
（五）变压器绕组同极性端判别实验原理图 （图3）
图2 单相变压器短路实验原理图
短路实验一般在高压侧进行，即高压端经调压器接电源，低压端直接短路。
（四）短路实验步骤
（1）为避免出现过大的短路电流，在接通电源之前，必须先将调压器调至输出电压为零的位置，然后才能合上电源开关。
（2）电压从零值开始增加，调节过程要非常缓慢，开始时稍加一个较低的小电压，检查各仪表是否正常。
（3）各仪表正常后，逐渐缓慢地增加电压数值，并监视电流表的读数，使短路电流升高至额定值的1.1倍，把各表读数记录在表2中。
（4）缓慢逐次降低电压，直至电流减小至额定值的0.5倍。在从1.1IN往0.5IN调节的过程中测5～6组数据，包括额定电流IN点对应的各电表数值。将电流表的读数（一次侧电流ID）、电压表的读数（一次侧电压UD）及功率表的读数（P0=PFe+PCu）记录在表2中。
注意：①在空载实验升压过程中，要单方向调节，避免磁滞现象带来得影响；②不要带电作业，有问题要首先切断电源，再进行操作；③短路实验应尽快进行，否则绕组过热，绕组电阻增大，会带来测量误差。
（五）变压器绕组同极性端判别实验原理图 （图3）
图3 变压器绕组同极性端判别实验原理图
（a）直流法测试同名端；（b）交流法测试同名端
（六）变压器绕组同极性端判别实验原理及步骤
变压器的同极性端（同名端）是指通过各绕组的磁通发生变化时，在某一瞬间，各绕组上感应电动势或感应电压极性相同的端钮。根据同极性端钮，可以正确连接变压器绕组。变压器同极性端的测定原理及步骤如下。
1.直流法测试同名端
（1）按照所示电路原理图接线。直流电压的数值根据实验变压器的不同而选择合适的值，一般可选择6V以下数值。直流电压表先选20V量程，注意其极性。
（2）电路连接无误后，闭合电源开关，在S闭合瞬间，一次侧电流从无到有，必然在一次侧绕组中引起感应电动势eL1，根据楞次定律判断eL1的方向应与一次侧电压参考方向相反，即下“-”上 “+”；S闭合瞬间，变化的一次侧电流的交变磁通不但穿过一次侧，由于磁耦合同时穿过二次侧，因此在二次侧也会引起一个互感电动势eM2，eM2的极性可由接在二次侧的直流电压表的偏转方向而定：当电压表正偏时，极性为上 “+”下 “-”，即与电压表极性一致；如指针反偏，则表示eM2的极性为上“-”下 “+”。
（3）把测试结果填写在自制的表格中。
2.交流法测试同名端
（1）按照所示电路原理图接线。可在一次侧接交流电压源，电压的数值根据实验变压器的不同而选择合适的值。
（2）电路原理图中1′和2′之间的黑色实线表示将变压器两侧的一对端子进行串联，可串接在两侧任意一对端子上。
（3）连接无误后接通电源。用电压表分别测量两绕组的一次侧电压、二次侧电压和总电压。如果测量结果为U12=U11′+U2′2时，则导线相连的一对端子为异名端；若测量结果为U12=U11′-U2′2时，则导线相连的一对端子为同名端。
（4）把测试结果填写在表1中。
四、思考题
（1）变压器进行空载试验时，连接原则有哪些？短路实验呢？
（2）用直流法和交流法测得变压器绕组的同名端是否一致？为什么要研究变压器的同极性端？其意义如何？
（3）你能从变压器绕组引出线的粗细区分原副绕组吗？
五、实验报告
表1
图3 变压器绕组同极性端判别实验原理图
（a）直流法测试同名端；（b）交流法测试同名端
（六）变压器绕组同极性端判别实验原理及步骤
变压器的同极性端（同名端）是指通过各绕组的磁通发生变化时，在某一瞬间，各绕组上感应电动势或感应电压极性相同的端钮。根据同极性端钮，可以正确连接变压器绕组。变压器同极性端的测定原理及步骤如下。
1.直流法测试同名端
（1）按照所示电路原理图接线。直流电压的数值根据实验变压器的不同而选择合适的值，一般可选择6V以下数值。直流电压表先选20V量程，注意其极性。
（2）电路连接无误后，闭合电源开关，在S闭合瞬间，一次侧电流从无到有，必然在一次侧绕组中引起感应电动势eL1，根据楞次定律判断eL1的方向应与一次侧电压参考方向相反，即下“-”上 “+”；S闭合瞬间，变化的一次侧电流的交变磁通不但穿过一次侧，由于磁耦合同时穿过二次侧，因此在二次侧也会引起一个互感电动势eM2，eM2的极性可由接在二次侧的直流电压表的偏转方向而定：当电压表正偏时，极性为上 “+”下 “-”，即与电压表极性一致；如指针反偏，则表示eM2的极性为上“-”下 “+”。
（3）把测试结果填写在自制的表格中。
2.交流法测试同名端
（1）按照所示电路原理图接线。可在一次侧接交流电压源，电压的数值根据实验变压器的不同而选择合适的值。
（2）电路原理图中1′和2′之间的黑色实线表示将变压器两侧的一对端子进行串联，可串接在两侧任意一对端子上。
（3）连接无误后接通电源。用电压表分别测量两绕组的一次侧电压、二次侧电压和总电压。如果测量结果为U12=U11′+U2′2时，则导线相连的一对端子为异名端；若测量结果为U12=U11′-U2′2时，则导线相连的一对端子为同名端。
（4）把测试结果填写在表1中。
四、思考题
（1）变压器进行空载试验时，连接原则有哪些？短路实验呢？
（2）用直流法和交流法测得变压器绕组的同名端是否一致？为什么要研究变压器的同极性端？其意义如何？
（3）你能从变压器绕组引出线的粗细区分原副绕组吗？
五、实验报告
表1
注 U*0=U0/UN；I*0=I0/IN；cosφ0=P0/U0I0。
表2
注 U*0=U0/UN；I*0=I0/IN；cosφ0=P0/U0I0。
表2
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