1. Цель работы
Ознакомление с устройством трансформатора. Опытное определение параметров трансформатора. Опытное снятие характеристик холостого хода и эксплуатационных характеристик. Расчет эксплуатационных характеристик по параметрам трансформатора.
2. Теоретические сведения
Трансформатор – статический электромагнитный аппарат, действие которого основано на явлении взаимной индукции. Он предназначен для преобразования электрической энергии переменного тока с параметрами U 1 и I 1 в энергию переменного тока с параметрами U 2 и I 2 той же частоты. Конструктивно трансформатор состоит из замкнутого ферромагнитного магни-топровода, собранного из отдельных листов электротехнической стали, на котором расположены две обмотки, выполненные из медного или алюминиевого провода. Обмотку, подключенную к источнику питания, принято называть первичной, а обмотку, к которой подключены приемники (нагрузка), - вторичной.
Переменный магнитный поток, возбужденный в магнитопроводе, наводит в обмотках трансформатора э.д.с., действующие значения которых
, 
,
где 
- частота переменного тока;
- число витков обмотки;
- амплитуда магнитного потока.
Если цепь вторичной обмотки трансформатора разомкнута (режим холостого хода), то напряжение на зажимах обмотки равно ее э.д.с.: 
; а напряжение источника питания почти полностью уравновешивается э.д.с. первичной обмотки: 
.
Если к вторичной обмотке, полное сопротивление которой Z2, присоединен приемник, то во вторичной цепи возникает ток I2 , а на зажимах приемника установится напряжение 
. Это напряжение зависит от параметров приемника и может быть определено по внешним характеристикам трансформатора.
3. Методика измерений
Различают три режима работы трансформатора: режим холостого хода, режим короткого замыкания и режим нагрузки.
Для определения параметров и эксплуатационных электрических величин проводят анализ режимов работы трансформатора.
3.1. Работа трансформатора в режиме холостого хода
Режимом холостого хода называется такой режим, при котором к первичной обмотке подведено напряжение, а вторичная обмотка разомкнута. Исследование трансформатора в режиме холостого хода позволяет определить следующие величины: K , I 10 , P c т , cos φ0, φ0, δ, Z μ , r μ , x μ .
Коэффициент трансформации
.
Ток холостого хода I 10 для современных трансформаторов составляет 3+10% номинального тока.
В трансформаторе существует 2 вида потерь мощности: потери в стали (магнитные потери) и потери в меди (электрические потери).
Потери в стали практически не зависят от нагрузки трансформатора и зависят от частоты и максимального магнитного потока.
Величина магнитного потока определяется приложенным напряжением, значит, и потери в стали зависят от величины приложенного напряжения.
Поскольку при холостом ходе нагрузка отключена, а U 1 = U 1 н, то все потери мощности можно считать потерями в стали: Р0 
Р ст .
Коэффициент мощности при холостом ходе
.
Угол магнитных потерь
Параметры намагничивающего контура:
.
3.2. Работа трансформатора при опытном коротком замыкании
Следует различать режим короткого замыкания в эксплуатационных условиях и опыт короткого замыкания. Первый представляет собой аварийный режим трансформатора I к.з. = (10 + 20) I н . трансформатор сильно нагревается и перегрев может вызвать его разрушение.
Опыт короткого замыкания в лабораторных условиях проводится с целью определения параметров трансформатора. Его проводят при значительно пониженном напряжении на первичной обмотке, когда ток в ней достигнет величины I1Н,.а вторичная обмотка замкнута накоротко.
В современных трансформаторах U к % =(5 + 10)%. При этом напряжении токи в обмотках будут иметь номинальное значение.
Опыт короткого замыкания позволяет определить: U к %, Р м , cos φ к , r к , х к , r 1 , r 2 , x 1 , x 2 .
Напряжение короткого замыкания:
; 
.
В связи с тем, что приложенное напряжение к трансформатору мало, а токи в первичной обмотке имеют номинальное значение, можно считать, что в режиме к.з. вся потребляемая трансформатором мощность идет на потери в обмотках (потери меди), 
, где 
.
Коэффициент мощности в режиме к.з.
Параметры обмоток трансформатора
, 
, 
.
3.3. Работа трансформатора в режиме нагрузки
Режимом нагрузки называется такой режим, при котором к первичной обмотке подведено номинальное напряжение, вторичная включена на нагрузку.
Режим нагрузки позволяет экспериментально снять внешнюю характеристику 
и зависимость коэффициента полезного действия от коэффициента загрузки трансформатора 
.
Режим холостого хода
Рис.1
режим короткого замыкания
Рис.2
режим нагрузки
Рис.3
Режим холостого хода
| Измерено | Вычислено | ||||||||||
| U1н | I10 | P0 | U20 | K | Pст | сosφ0 | δ | zμ | rμ | xμ | φ0 |
| В | А | Вт | В | - | Вт | - | град | Ом | Ом | Ом | град |
Режим короткого замыкания
| Измерено | Вычислено | |||||||||||
| Iк | U1к | Pк | Uк % | Pм | zк | rк | xк | r1 = r21 | х1=х21 | Uка | Uкр | cosφк |
| А | В | Вт | % | Вт | Ом | Ом | Ом | Ом | Ом | % | % | - |
Режим нагрузки
| Измерено | Вычислено | ||||||||||
| U1 | I1 | P1 | U2 | I2 | β | Zн | P2 | сosφ1 | сosφ2 | ηэксп | ηрасч |
| В | А | Вт | В | А | - | Ом | Вт | - | - | % | % |
К.п.д. можно определить расчетным путем, исходя из данных всех 3-х опытов по формуле:
, где
- коэффициент нагрузки; 
- номинальная мощность трансформатора;
- коэффициент мощности нагрузки.
4. Программа выполнения работы
4.1. Записать паспортные данные оборудования и используемых приборов, в том числе и номинальные данные испытуемого трансформатора
Номинальная мощность связана с напряжениями и током формулами:
или 
4.2. Собрать схему, изображенную на рис. 1 и снять характеристики холостого хода трансформатора:
Следует иметь ввиду, что допустимый верхний предел повышения напряжения при холостом ходе U 10 равен 1,1 U 1 н. Данные эксперимента записывать в таблицу по форме 2. По данным измерения произвести соответствующие вычисления.
4.3. Собрать схему, изображенную на рис. 2, и произвести измерения. Следует учесть, что при опыте к.з. вторичная обмотка трансформатора замыкается накоротко, а к первичной подводится пониженное напряжение U 1К , но токи при этом в первичной и вторичной обмотках будут равны номинальным.
Для понижения напряжения пользуются ЛАТРом. Последний устанавливают в нулевое положение, затем увеличивают напряжение до значения ~5% от номинального напряжения U 1 к ≈ 0,05 U 1 н.
Данные опыта и результаты вычислений занести в таблицу по форме 3.
4.4. Режим нагрузки трансформатора
Собрать схему, изображенную на рис. 3.
В первой строчке таблицы значения приборов записывают при разомкнутой вторичной цепи и номинальном первичном напряжении (холостой ход), замыкаем ключ К во вторичной цепи, постепенно нагружая трансформатор при помощи реостата токами 25, 50, 75, 100 и 125% от номинального тока.
Данные опытов и результаты вычислений заносятся в таблицу по форме 4.
5. Содержание отчета
5.1. Цель и содержание работы
5.2. Перечень оборудования и приборов, их паспортные данные
5.3. Электрические схемы установки
5.4. Таблицы экспериментальных результатов
5.5. Основные расчетные формулы с числовым параметром расчета
5.6. Построить характеристики холостого хода
5.7. Построить внешнюю характеристику по данным опыта
5.8. Построить экспериментальную и расчетную зависимость 
5.9. Выводы по работе
5.10. Дата выполнения. Подпись студента.
6. Контрольные вопросы
6.1. Как устроен однофазный трансформатор?
6.2. Как устроен трехфазный трансформатор?
6.3. В чем заключается анализ режимов работы трансформатора?
6.4. В чем разница между анализом режима работы однофазных и трехфазных трансформаторов?
6.5. Для чего производится анализ режимов работы трансформаторов?
6.6. Для чего используют приведенные величины в трансформаторе?
6.7. Что из себя представляет схема замещения трансформатора?
6.8. Как определить параметры схемы замещения?
Лабораторная работа № 6
Дата: 2019-02-02, просмотров: 600.
