Исследование работы однофазного трансформатора

Цель работы

 

Изучить принцип действия и устройство трансформатора, исследовать работу трансформатора при различных режимах.

 

Программа работы

 

5.2.1. Ознакомиться с приборами и оборудованием лабораторной установки и записать их паспортные данные в таблицу 5.1.

Таблица 5.1. Приборы и оборудование.

Наименование	Количество	Тип	Обозначение в схеме
Трансформатор
Автотрансформатор
Амперметр
Вольтметр
Ваттметр
Нагрузка

 

5.2.2. Изучить устройство и принцип действия трансформатора.

5.2.3. Собрать электрические схемы для исследования работы трансформатора в режимах холостого хода, короткого замыкания и нагрузки (рисунки 5.1., 5.2. и 5.3. соответственно).

5.2.4. На основании данных экспериментов холостого хода и короткого замыкания рассчитать коэффициент полезного действия трансформатора и построить (в масштабе) зависимости h = f (Р ₂).

5.2.5. По данным исследования трансформатора под нагрузкой построить:

- внешнюю характеристику трансформатора;

- зависимость cos j и h от мощность нагрузки Р ₂.

5.2.6. На основании внешней характеристики трансформатора определить процентное изменение вторичного напряжения D U, % при I ₂ = I _2н.

5.2.7. Выполнить анализ полученных результатов.

Рекомендации по выполнению работы

5.3.1. Эксперимент холостого хода трансформатора проводят на установке, электрическая схема которой изображена на рисунке 5.1. Эксперимент выполняется с целью определения коэффициента трансформации и потерь в стали трансформатора и проводят его следующим образом.

 

Рисунок 5.1. Электрическая схема установки для исследования

однофазного трансформатора при холостом ходе.

 

Включив автоматический выключатель QF, посредством автотрансформатора Т устанавливают номинальное напряжение, указанное на щитке трансформатора. Данные всех экспериментов записывают в таблицу 5.1. (графа «режим холостого хода»). Мощность, требуемая трансформатором в режиме холостого хода (Р ₀) идет в основном на компенсацию потерь в стали (от гистерезиса и вихревых токов), при этом потери в проводниках обмоток сравнительно малы (ток первичной обмотки невелик, а I ₂ = 0).

Основные формулы для расчета:

коэффициент мощности ;

коэффициент трансформации .

5.3.2. Эксперимент короткого замыкания проводят на установке, электрическая схема которой приведена на рисунке 5.2. Эксперимент выполняется с целью определения потерь в меди обмоток трансформатора.

 

Рисунок 5.2. Электрическая схема установки для исследования

однофазного трансформатора при коротком замыкании.

 

Эксперимент выполняют следующим образом.

Вторичную обмотку трансформатора замыкают накоротко, а к первичной обмотке подводят пониженное напряжение короткого замыкания U ₁ = U _к, при котором ток в первичной обмотке равен номинальному значению, т.е. I _1к = I _1ном. Подводимое напряжение плавно повышают с помощью автотрансформатора АТ от нуля до напряжения короткого замыкания U _K, при котором I _1к = I _1ном.

Показания приборов записывают в таблицу 5.2. (графа «режим короткого замыкания»). Поскольку эксперимент короткого замыкания проводится при пониженном напряжении потери в стали малы и ими пренебрегают. Можно считать, что мощность, потребляемая в режиме короткого замыкания трансформатора, идет на восполнение потерь в проводниках (меди) обмоток трансформатора (Р _К).

Напряжение короткого замыкания определяют

,

где U_H – номинальное напряжение первичной обмотки.

5.3.3. Эксперимент при нагрузке трансформатора проводят на установке, собранной по схеме рисунка 5.3.

При проведении эксперимента вторичная обмотка трансформатора включается на регулируемую нагрузку, в качестве которой используют ламповый реостат. Этот эксперимент позволяет снять внешнюю характеристику трансформатора, а также проследить взаимную зависимость вторичной и первичной цепей трансформатора.

 

Рисунок 5.3 Электрическая схема установки для исследования

однофазного трансформатора под нагрузкой

 

Эксперимент выполняют следующим образом. Трансформатор при разомкнутой вторичной цепи включают в сеть и снимают показания приборов

при I ₂ = 0. Нагружая трансформатор ламповым реостатом, снимают нагрузочную (внешнюю) характеристику по трем точкам для токов . Показания приборов записывают в таблицу 7.2 (графа «Нагрузочный режим).

Формулы для расчета:

коэффициент мощности ;

вторичная мощность ;

коэффициент полезного действия .

5.3.4. Определение коэффициента полезного действия трансформатора косвенным методом. По данным эксперимента холостого хода и короткого замыкания рассчитать h трансформатора для значений b = 0,25; 0,50; 0,75; 1,0. Построить в масштабе зависимость h = f (P ₂) и построить эту зависимость с зависимостью к.п.д., полученной по данным эксперимента непосредственной нагрузки трансформатора. Эксперименты холостого хода и короткого замыкания позволяют рассчитать коэффициент полезного действия трансформатора по формуле

,

где b - коэффициент полезного действия трансформатора;

S_H – номинальная мощность трансформатора, ВА (указана на щитке):

Р ₀ – потери в стали, измеренные при эксперименте холостого хода;

Р_КН – потери в меди обмоток, полученные из эксперимента короткого замыкания трансформатора.

На основании экспериментальных данных построить внешнюю характеристику трансформатора, представляющую зависимость напряжения на зажимах вторичной обмотки U ₂ от тока во вторичной цепи I ₂: при , а также зависимости и при .

На основании внешней характеристики трансформатора определить процентное изменение напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора при номинальной нагрузке.

Процентное изменение напряжения определяется выражением

,

где U ₂₀ – напряжение на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе;

U ₂ – напряжение на зажимах вторичной обмотки при .

Таблица 5.2. Результаты экспериментов.

 

Режимы исследования	Измерено	Вычислено
Режим холостого хода	U 10, B	U 20, B	I 10, A	P 10, Bт		cos j0	K
Режим короткого замыкания	UK, B	IK, A				UK, %
Нагрузочный режим	U 1, B	I 1, A	P 1, Bт	U 2, B	I 2, A	cos j1	P 2, Bт	h, %

 

5.4. Контрольные вопросы

 

5.4.1. С какой целью проводят эксперименты холостого хода и короткого замыкания?

5.4.2. Как можно измерить коэффициент трансформации трансформатора?

5.4.3. Что называют внешней характеристикой трансформатора и как её получить?

5.4.4. Какие потери энергии имеют место в трансформаторе и от чего они зависят?

5.4.5. Изменится ли ток в первичной обмотке трансформатора, если будем изменять ток во вторичной обмотке и почему?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6