- •Лабораторная работа № 3
- •Принцип действия трансформатора
- •Режимы работы трансформатора Режим холостого хода
- •Режим короткого замыкания
- •Работа трансформатора под нагрузкой
- •Условное обозначение трансформаторов
- •Описание лабораторной установки
- •Подготовка к выполнению работы
- •Программа выполнения работы
- •Контрольные вопросы
Работа трансформатора под нагрузкой
Для исследования работы трансформатора под нагрузкой используется схема рис. 3.9. Один выключатель (В1) должен быть уже включен.
Рис. 3.9
К трансформатору подводят синусоидальное напряжение U1=U1H=const, ступенями изменяют его нагрузку доI2=1,2I2Hи измеряютU1H,I1,P1(cosφ1),U2,I2.
По данным исследования определяют полезную мощность трансформатора Р2,cosφ1(если измеряютP1) иP1(если измеряютcosφ1), суммарную мощность потерь ΣΔP, мощности потерь в стали РСи меди РМи строят его характеристикиI1,P1,U2, η,cosφ1=f(P2). Описанный метод получения характеристик трансформатора называетсяметодом непосредственной нагрузки, он применяется для трансформаторов небольшой мощности.
Полезная мощность трансформатора
P2=U2I2cosφ2,
где φ2- угол сдвига фаз междуU2 иI2.
Коэффициент мощности трансформатора
.
Суммарная мощность потерь трансформатора
.
Мощность потерь в меди обмоток трансформатора
где РС- мощность потерь в стали сердечника, равная мощности приI2=0 иU1=U1H.
КПД трансформатора
.
Характеристики трансформатора представлены на рис. 3.10.
Рис.3.10
У трансформаторов средней и большой мощности разность между P1иP2очень мала, а поэтому их основные характеристикиU2, η=f(P2)=f(I2) получают косвенным путем по данным опытов холостого хода и короткого замыкания.
Зависимость U2=f(P2) илиU2=f(I2) илиU2=f(β) называетсявнешней характеристикой трансформатора. НапряжениеU2при любой нагрузке рассчитывается по формуле
.
где U2X=U2H- напряжение на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе; Δu2- относительное изменение вторичного напряжения (в процентах)
.
где β - коэффициент нагрузки трансформатора:
,
φ2- угол сдвига фаз междуU2иI2.
Номинальные токи однофазного трансформатора рассчитывают исходя из формулы
,
где SH- номинальная мощность трансформатора по паспортным данным.
Зная паспортные данные трансформатора (SH,U2H,PKH,UK), последовательно задают значениямиI2и рассчитывают соответствующие этим значениям токи, величины β, ΔU2,U2. По данным расчета строят внешнюю характеристику трансформатораU2=f(P2), характер которой определяется уравнением
,
где Р1XH, РXН- мощность потерь в стали приU1=U1H(по данным опыта холостого хода), мощность потерь в меди обмоток приI1=I1HиI2=I2H(по данным опыта короткого замыкания).
При cosφ2=constКПД является функциейβ. η=f(β) имеет максимум в момент равенства постоянных потерь в стали (P1XH=const) переменным потерям в меди (, где).
Обычно для трансформаторов в зависимости от их мощности βопт=0,5÷0,7.
В зависимости от мощности номинальное значение КПД трансформаторов находится в пределах 0,7 - 0,995.
Анализ формулы показывает, что при малых значениях βмощность потерь в медиувеличивается менее интенсивно, чем полезная мощностьи КПД быстро растет. При больших значениях интенсивность увеличения мощности потерь в меди и полезной мощности выравниваются и рост КПД замедляется. При равенстве этих потерь (βопт) КПД достигает максимального значения. При значенияхβ>βоптмощность потерь в меди увеличивается более интенсивно, чем полезная мощность, и КПД уменьшается. Этим объясняется характер зависимости η=f(P2), приведенной на рис. 3.9. При одних и тех же значенияхβкоэффициент полезного действия будет тем меньше, чем меньшеcosφ2.