ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Цель работы: ознакомиться с устройством силового двухобмоточного трансформатора типа ТС-65. Усвоить практические приёмы лабораторного исследования трансформатора методом холостого хода и короткого замыкания.

Программа работы

1.Изучить устройство и принцип действия однофазного силового трансформатора.

2.Ознакомиться с лабораторной установкой. Начертить план лабораторной установки. Составить перечень измерительных приборов.

3.Провести испытание трансформатора в режиме холостого хода (рис.1.1).

Рис.1.1 Измерительная схема трансформатора в режиме холостого хода

4.Провести испытание трансформатора в режиме короткого замыкания (рис.1.2).

Рис. 1.2 Измерительная схема трансформатора в режиме короткого замыкания

5.По результатам опытов холостого хода и короткого замыкания построить внешние характеристики трансформатора при коэффициентах мощности нагрузки и .

6.Используя результаты опытов холостого хода и короткого замыкания, построить графики зависимостей к.п.д. трансформатора от мощности нагрузки

при и Определить мощность нагрузки трансформатора , соответствующую максимальному значению к.п.д.

7.Оформить отчет по лабораторной работе.

Методические указания к выполнению работы

1.Устройство и принцип действия трансформатора необходимо изучить, используя лекции и рекомендуемую литературу [1,2].

2.Опыт холостого хода. В схеме рис.1.1. U₁₀ первичной обмотки трансформатора можно плавно регулировать в пределах от U₁₀ =0 до U₁₀=1.2U_НОМ с помощью лабораторного автотрансформатора Т1. Опыт холостого хода проводят следующим образом : с помощью Т1 изменяют напряжение U₁₀ от 0.25U_{10 НО М} до 1.15U_10НОМ , записывая при этом показания всех измерительных приборов в табл.1.1. Для трансформатора ТС-65 величина U_{1 НОМ}=220 В.

Таблица 1.1

№ п/п	Измерения				Вычисления
	U10,B	I0,A	P0,Bт	U20,B	I0,%	cos 0	К
1.	0.25U1ном
2.	0.5 U1ном
3.	0.75U1ном
4.	0.8 U1ном
5.	1.0 U1ном
6.	1.15U1ном

Затем выполняем расчеты: ток холостого хода

где I_1ном=240mA.

Коэффициент мощности в режиме холостого хода

Коэффициент трансформации

где W₁ - число витков первичной обмотки;

W₂ - число витков вторичной обмотки;

Е₁-ЭДС первичной обмотки трансформатора;

Е₂-ЭДС вторичной обмотки трансформатора.

Полученные значения I₀,cos ₀ и k занести в табл.1.1

По табличным данным строят характеристики холостого хода трансформатора (на общей координатной сетке): I₀, P_0, cosf₀=f(U₁₀). На графиках отмечают точки I_{0 ном}; P_{0 ном} и cos _{0 ном}, соответствующие номинальному напряжению трансформатора U_{1 ном} (рис.1.3).

Рис.1.3. Характеристика холостого хода

3.Опыт короткого замыкания.

При проведении опыта короткого замыкания вторичная обмотка трансформатора замыкается накоротко нажатием на кнопку “к.з.” (рис.1.2.). Опыт короткого замыкания проводят в такой последовательности: с помощью лабораторного трансформатора Т устанавливают напряжение на первичной обмотке U₁=0. Затем, замкнув ключ S₂ (кнопка “к.з.”), медленно повышают напряжение U₁ от U₁=0 до U₁ =50 В, изменяя величину тока в первичной обмотке от 0 до значения 1.2 I_{1 ном}.

Показания всех измерительных приборов снятые через одинаковые интервалы тока первичной обмотки, а также результаты вычисления заносят в табл.1.2.

Таблица 1.2

№ п/п	Измерения			Вычисления
	Uк,В	I1к,А	Рк,Вт	uк,%	cosfк
1.		0 I1 ном.
2.		0.25I1 ном.
3.		0.5I1 ном.
4.		0.75I1 ном.
5.		1.0I1 ном.
6.		1.2I1 ном.

Затем выполняют расчеты: напряжение короткого замыкания в процентах от номинального первичного напряжения

.

Коэффициент мощности при опыте короткого замыкания

.

По табличным данным строят характеристики короткого замыкания (на общей координатной сетке): I_к; P_к; cos _к= f(U_к) (рис 1.4)

Рис.1.4 Характеристики короткого замыкания трансформатора

На характеристиках (рис.1.4) отмечают точки U_к.ном, P_к.ном, соответствующие току I_1к= I_1ном. Полученное из опытов значение P_к.ном и U_к.ном следует привести к температуре Q₂=75⁰C.

Приведенное значение мощности короткого замыкания

Р′_к.ном=Р_к.ном[1+ (Q₂- Q₁)], Вт

где =0,004-температуорый коэффициент для меди и алюминия;

Q₁-температура обмоток трансформатора при проведении опыта.

В связи с тем, что температура обмоток трансформатора влияет лишь на активную составляющую напряжения короткого замыкания

U_к.а.= U_к.ном ·cos _к ,

то и приводить к рабочей температуре следует лишь активную составляющую напряжения короткого замыкания

U′_к.а.= U_к.а. [1+ ( Q₂- Q₁)] .

Приведенное к рабочей температуре напряжения короткого замыкания

,

где - реактивная составляющая напряжения короткого замыкания.

4.Внешние характеристики трансформатора.

Зависимость напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора от тока в этой обмотке графически изображается внешними характеристиками U₂=f(I₂). Вид внешней характеристики зависит от характера нагрузки и величины cos ₂ : при активной и активно-индуктивной нагрузке внешние характеристики имеют падающий вид, причем чем меньше cos ₂, тем больше наклон

характеристики к оси абсцисс; при активно-емкостной нагрузке внешняя характеристика имеет восходящий вид (рис.1.5).

Рис.1.5 Внешние характеристики трансформатора

При любой нагрузке

U₂= U₂₀(1-0,01· U),

где U₂₀ – напряжение на вторичной обмотке в режиме холостого хода , принимаемое за номинальное напряжение на выходе трансформатора , В;

U-изменение вторичного напряжения, вызванное нагрузкой трансформатора.

Для построения внешней характеристики необходимо рассчитать не менее пяти значений напряжения U₂ при разных значениях коэффициента нагрузки =I₂/I_2ном, например при =0.25, 0.50,0.75,.1.0 и 1.2.

Расчет U ведут по формуле (%):

U= U_к(cos _к cos ₂+ sin _к sin ₂ ) .

Расчеты U выполняют при cos ₂=1, cos ₂=0.8 (нагрузка активно-индуктивная) и cos ₂=0.8 (нагрузка активно-емкостная). В последнем случае получают отрицательные значения U . Результаты вычислений заносят в табл.1.3 и строят на общей координатной сетке три внешние характеристики (рис.1.5).

Таблица 1.3

	cos 2=1		cos 2=0.8(инд)		cos 2=0.8(емк)
	U1,%	U2, B	U1,%	U2, B	U1,%	U2, B
0.25
0.5
0.75
1.0
1.2

5.Зависимость к.п.д. трансформатора от нагрузки.

Для построения графика =f( ) при cos ₂=1 и cos ₂=0.8 определяют к.п.д. трансформатора для ряда значений коэффициента нагрузки =0.25, 0.5, 0.75, 1.0, 1.2, воспользовавшись формулой

,

где S_ном – номинальная мощность трансформатора, ВА.

Результаты вычислений заносят в табл. 1.4.

Таблица 1.4

	0.25	0.50	0.75	1.0	1.2
	при cosf2=1
	cosf2=0.8

По этим данным строят графики

=f( ) при cos ₂=1 и cos ₂=0.8 (рис.1.6.).

Рис.1.6 График =f( ) для трансформаторов с различными cosφ₂

Максимальное значение к.п.д. соответствует такой нагрузке, при которой электрические потери трансформатора равны магнитным потерям, т.е.

²_m P_к.ном = Р_0.ном .

Следовательно,

.

Максимальный к.п.д. трансформатора можно вычислить, если в формулу η = f(β) подставить выражение для _m :

.

Контрольные вопросы

1. Из каких основных частей состоит трансформатор?

2. В чем заключается опыт холостого хода трансформатора и какие параметры определяют по данным этого опыта?

3. В чем заключается опыт короткого замыкания трансформатора и какие параметры определяются в этом опыте?

4. Что называется внешней характеристикой трансформатора?

5. Какое влияние оказывает род нагрузки на вид внешней характеристики?

6. От каких величин зависит к.п.д. трансформатора и как эти величины определяются?

7. Почему с ростом напряжения U_к=f(U_к) прямолинеен, а график Р_к=f(Ur)-криволинеен?

Заключение. В процессе выполнения работы студент закрепляет основные теоретические знания по разделу «Трансформаторы» из курса «Электротехника» и на практике осваивает приемы экспериментальных исследований основных режимов работы однофазных трансформаторов.

Библиографический список рекомендуемой литературы

1. Кацман М.М. Электрические машины – М.: Высш.шк., 2003. – 469 с.

2. Копылов Н.П Электрические машины – М.: Высш.шк.; Логос: 2000. – 607 с.

3. Кацман М.М. Руководство к лабораторным работам по электрическим машинам и электроприводу. – М.: Высш.шк., 1983. – 215с.

10

3

4

9

5

8

6

7