实验1.6 单相变压器的测量

一、实验目的

（1）了解小型变压器的基本结构，熟悉变压器的基本参数和特性。

（2）学会变压器绕组同极性端（同名端）的判别方法。

（3）测定变压器的参数和外特性。

二、实验设备及材料

通用电学实验台，小型单相变压器，自耦变压器，交流电压表、交流电流表、万用表，灯泡等。

三、实验原理

1、变压器绕组同极性端（同名端）的判别方法

变压器绕组的同极性端（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。测定变压器同名端，可以判断变压器输出信号与输入是反相还是同相。用实验方法测定变压器绕组同极性端，通常采用下列两种的方法。

（1）交流法   如图1.6.1所示，将变压器的两个绕阻①-②和③-④的任意两个端点（如②和④）串联起来，在其中一个绕组（如①-②）两端加上一个比较低的电压（10~40V，可用自耦变压器调节输出），用电压表分别测量两绕阻的电压U12、U34和串联的总电压U13。若U13=U12－U34，则①和③是同极性端；若U13=U12+U34，则①和④是同极性端。

（2）直流法   如图1.6.2所示，E=2~3V。当开关K闭合瞬间，若直流检流计的指针正向偏转，则①和③是同极性端；反向偏转，则①和④是同极性端。 

2、变压器的主要参数

（1）变压比Ku

变压器原绕组与电源联接，而副绕组与负载断开，则称为变压器的空载运行。变压器空载、原绕组接额定电压时，原、副绕组电压的比，称为变压器的变压比Ku。

                                           （1-6-1）

式中：N1、N2分别为变压器原、副绕组的匝数。

（2）变流比Ki

变压器空载运行时，副边电流为零，这时原边从电源取用的电流称为变压器的空载电流I0。若将变压器的副绕阻与负载接成闭合电路，则为变压器的负载运行。当变压器负载运行时，副边有电流通过，增大负载时，原边电流随副边电流的增大而增大，当接近额定电流（满载）时，原、副边电流的比，称为变压器的变流比Ki。

                。                      （1.6.2）                   

（3）变压器效率η

变压器效率η=P1/P2×100%，其中P1是原边吸收功率，P2是副边负载消耗功率。变压器效率在越接近满载时越高，大型变压器通常可达98%以上。

3、变压器的外特性

变压器负载运行时，由于副绕阻内阻抗的存在，副边电压较空载时有所变化，若接电感性或电阻性负载，副边端电压将随负载的增加而下降，但下降程度不大。在原边电源电压不变情况下，变压器副边电压U2随副边电流I2 变化的关系称为变压器外特性。如副边空载电压为U20，当I2增加到额定值I2N时的端电压为U2N ，则电压调整率△U表示为：

               。                        （1.6.3）

四、实验内容

1、变压器绕组同极性端的判别（验证性实验）

（1）用万用表电阻档测量变压器出线端的通断情况及电阻大小。电阻大的判断为原边高压绕组，电阻小的为副边低压绕组。然后据此任意标定变压器高压绕组的首末端A、X和低压绕组的首末端a、x。

（2）按图1.6.3所示连接实验测试电路，将X、x两点短接，把交流电源接到高压绕组端子A、X上。

（3）将可调交流电源的输出调至为12V，用交流电压表分别测量UAX、Uax、UAa，并将测量结果记入表1-6-1中。若UAa=UAX－Uax，则变压器首末端标记正确；若UAa＝UAX + Uax，则变压器标记错误，只须将a和x端对调即可。

2、变压器空载测试（验证性实验）

空载实验通常是将高压侧开路，由低压侧通电进行测量。实验线路如图1.6.4所示，因变压器空载时阻抗很大，故将电压表接在电流表外侧。变压器空载时功率因数也很低，若测量功率则应采用低功率因数瓦特表。

（1）按如图1.6.4所示连接实验电路，将可调交流电源的输出调至最低，变压器低压侧接至可调交流电源的输出端，高压侧开路。

（2）合上电源开关，将可调交流电源输出调至为实验变压器副边额定输出电压U2N（本实验用变压器U2N=6V），测量并记录变压器高、低压侧电压UAX、Uax及低压侧电流I20，此时变压器空载电流I0≈Uax *I20/UAX。将测量数据记入表1-6-2中。

表1-6-1变压器同极性端测试数据记录 /V        表1-6-2 变压器空载测量数据记录

（1）按图1.6.5所示接线，开关K1、K2、K3全部断开。经检查无误后，调节可调交流电源的输出，使变压器的原边电压为其额定电压U1N（本实验用变压器U1N=12V），测量此时变压器副边的电压（即副边空载电压U20），并记入表1-6-3中。

（2）保持原边电压为额定值，在①开关K1闭合，K2、K3断开；②开关K1、K2闭合，K3断开；③开关K1、K2、K3全部闭合等三种情况下，分别测量副边电压U2和电流I2，并记入表1-6-3中。

表1.6.3 变压器外特性测试数据记录

①实验电路通电前，要仔细检查确保电路连接正确，特别要注意变压器的高、低压端不能弄反，否则会烧毁灯泡。

②应注意根据实际使用的变压器参数选择配置实验材料（特别是灯泡的额定电压），并适当调整测量数据。本实验内容是以12/6V降压变压器为例设计。

4、测定变压器效率η（综合设计性实验）

设计测定变压器效率实验。要求给出实验电路及电路中各元器件的具体参数，列出实验所需要的主要设备和材料，写出实验内容，设计相应的实验数据记录表格，并进行实验验证。

五、预习要求 

1、了解变压器的工作原理，熟悉变压器的基本参数和特性。

2、确定综合设计性实验（实验内容4）方案。

六、实验报告与思考题

（1）根据测量结果，画图并用“•”标出你在实验中使用的变压器的同极性端。

（2）根据测量数据计算变压器的变压比Ku；作出实验变压器的外特性曲线U2=ƒ(I2)，同时计算电压变化率△U。