Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Elekt_l_pr_KB (1).docx
Скачиваний:
23
Добавлен:
16.04.2019
Размер:
799.6 Кб
Скачать

Испытание однофазных трансформаторов

Цель работы

  1. Изучить конструкцию однофазных трансформаторов.

  2. Исследовать однофазный трансформатор в режимах: холостого хода, короткого замыкания, нагрузки.

Краткая теория

Первые однофазные трансформаторы были построены в 187577 годах инженером П.Н. Яблочковым и были использованы для устройства электрического освещения. В 1882 году на промышленной выставке в Москве демонстрировались трансформаторы конструкции другого русского изобретателя И.Ф. Усагина. Первые трёхфазные трансформаторы были построены русским учёным М.О. ДоливоДобровольским в 1889 году, который вывел уравнение трансформаторной э.д.с. и дал метод испытания трансформаторной стали.

Трансформатор в простейшем случае имеет две обмотки - первичную и вторичную, размещённые на общем сердечнике – магнитопроводе, собираемом из листовой электротехнической стали, изолированной лаком и бумагой.

Если одну из обмоток трансформатора – первичную с числом витков W1 запитать переменным током, то в сердечнике возникнет переменный магнитный поток Ф, возбуждающий:

в первичной обмотке э.д.с. e1= W1 ;

во вторичной обмотке э.д.с. e2= W2 .

Действующие значения этих э.д.с. равны

Е1 = 4,44 f W1 Фm, Е2 = 4,44 f W2 Фm, где

W2 – число витков вторичной обмотки, f – частота сети.

Если во вторичную цепь включена нагрузка, то по ней протекает ток I2 . Магнитный поток в сердечнике трансформатора, работающего под нагрузкой, обусловлен совместным действием намагничивающих сил обеих обмоток. Однако, амплитудное значение этого потока почти не зависит от величины токов в обмотках трансформатора. Оно пропорционально величине напряжения U1, подведённого к трансформатору.

Отношение k = = называется коэффициентом трансформации трансформатора. Если величины W1 и W2 неизвестны, то коэффициент трансформации определяется по результатам опыта холостого хода.

Холостым ходом трансформатора называется такой режим его работы, когда к первичной обмотке подведено напряжение, а вторичная обмотка разомкнута. Ток, протекающий в этом случае в первичной обмотке, называют током холостого хода и обозначают I0.

Так как во вторичной обмотке тока нет, поэтому э.д.с. равна напряжению на зажимах U20 при холостом ходе, т.е. Е2 = U20, а э.д.с. Е1 ничтожно мало отличается от напряжения U1, и коэффициент трансформации определится как соотношение k = . (8.1)

Работа трансформатора сопровождается потерей некоторой части потребляемой мощности и выделением тепла внутри трансформатора.

Потери мощности трансформатора подразделяются на две группы:

  • потери в стали,

  • потери в меди.

Мощность холостого хода трансформатора расходуется на потери в стали сердечника трансформатора и потери в меди первичной обмотки вследствие прохождения по ней тока холостого хода,

т.е. Р0 =∆Рст + I02 R1 ;

где ∆Рст – магнитные потери в стали трансформатора,

R1 – активное сопротивление первичной обмотки.

Откуда ∆Рст = Р0 I02 R1. (8.2)

Потери в стали ∆Рст , обусловленные гистерезисом и вихревыми токами, пропорциональны квадрату магнитного потока сердечника и поэтому не зависят от нагрузки трансформатора, а только от подводимого напряжения U1. При одном и том же напряжении эти потери будут одинаковы как при холостом ходе, так и при полной нагрузке трансформатора. Потери холостого хода составляют около 2% номинальной мощности трансформатора.

Потери в меди ∆РМ, наоборот, зависят не от магнитного потока, а от квадрата тока в обмотках, т. е. ∆РМ= ,

где R1 и R2активные сопротивления обмоток трансформатора.

Опыт короткого замыкания трансформатора проводят для определения потерь в меди, для определения активного и реактивного сопротивлений обмоток трансформатора, для определения напряжения короткого замыкания.

В опыте короткого замыкания одну из обмоток трансформатора замыкают накоротко и постепенно повышают напряжение на зажимах второй обмотки до тех пор, пока ток в ней достигнет номинального значения. Полученное напряжение U1K называют напряжением короткого замыкания и выражают в процентах по отношению к номинальному первичному напряжению, т.е. UK= 100%. (8.3)

У большинства силовых трансформаторов напряжение короткого замыкания составляет 5.5 %. Поэтому магнитный поток в сердечнике трансформатора, а, следовательно, и потери в стали при опыте короткого замыкания получаются незначительными.

Мощность PK, потребляемую трансформатором при опыте короткого

замыкания, измеренную ваттметром, можно считать равной потерям в меди при номинальных токах в обмотках.

Поскольку потери в меди пропорциональны квадрату тока в обмотках, то зная величину PK, можно рассчитать эти потери для любой нагрузки трансформатора PM = β2PK,

где β = коэффициент загрузки трансформатора, равный отношению тока нагрузки I2 к номинальному току вторичной обмотки.

Полные потери мощности в трансформаторе будут равны

P =∆Рст+∆PM.

Метод определения потерь по опытам холостого хода и короткого замыкания удобен тем, что посредством его можно определить к.п.д. крупных трансформаторов при отсутствии источника энергии достаточно большой мощности и соответствующей нагрузки как отношение мощности Р2 к получаемой Р1

η = = = , (8.4)

где S=UНIН номинальная мощность в вольт-амперах,

cos φ2 коэффициент мощности, зависящий от характера нагрузки.

Для ламп накаливания принимают cos φ2=1.

Омическое сопротивление обмоток трансформатора замеряют по методу амперметра и вольтметра. Величина тока при измерениях не должна превышать 20% номинального тока обмотки. Сопротивление обмоток измеряется при трёх различных значениях тока и определяется как среднее арифметическое значение трёх измеренных сопротивлений. Омическое сопротивление обмоток трансформатора измеряется постоянным током по схеме, изображенной на рис. 8.1. Замерив показания амперметра и вольтметра, определяют омическое сопротивление по закону Ома

r = . (8.5)

Активное сопротивление обмоток можно приближенно определить по формуле RrKФ (8.6)

где КФ коэффициент активного сопротивления, учитывающий увеличение сопротивления при переменном токе КФ=1,05 - 1,2.

Приборы и лабораторное оборудование

  1. Однофазный трансформатор.

  2. Амперметры, вольтметры, ваттметры.

  3. Лабораторный автотрансформатор.

  4. Активная нагрузка – две фазы по 7 ламп на фазу.

  5. Источник питания ~127/220В.

Порядок выполнения работы

  1. Исследование однофазного трансформатора.

  • Произвести внешний осмотр, изучить расположение первичной и вторичной обмоток, конструкцию магнитопровода, записать паспортные данные.

  • Собрать схему рис. 8.1.

Рис. 8.1

  • Измерить омическое сопротивление первичной и вторичной обмоток трансформатора. Результаты измерений занести в таблицу 8.1.

Таблица 8.1

Измерено

Вычислено

U1

B

U2

B

I1

A

I2

A

r1

Ом

r2

Ом

R1

Ом

R2

Ом

Цена д

1

2

3

4

5

6

7

8

  • По формулам (8.5) и (8.6) подсчитать величины омического и активного сопротивлений обмоток.

  1. Собрать электрическую цепь, изображенную на рис. 8.2; 8.2А.

Рис. 8.2 А

  • Провести опыт холостого хода (рис. 8.2).

Примечание:

Перед подачей напряжения на трансформатор TV (ЛаТр) предварительно установить минимальное значение выходного напряжения (достигается поворотом рукоятки по направлению против часовой стрелки).

  • Записать показания приборов в таблицу 8.2, изменяя U1 от некоторого значения до номинальной величины.

Таблица 8.2

Измерено

Вычислено

U1

B

U20

B

I0

A

P0

Вт

PСТ

Вт

k

сos φ0

Цена д

1

2

3

4

5

6

7

  • Вычислить:

коэффициент трансформации по формуле (8.1),

cos φ0 по формуле cos φ0 = ,

потери в стали по формуле (8.2).

  • построить графики I0=f(U1), PСТ =f(U1), cos φ0=f(U1).

  1. Собрать схему (рис. 8.2А) и провести опыт короткого замыкания.

  • По имеющимся паспортным данным определить номинальные значения токов первичной и вторичной обмоток трансформатора.

  • Включить схему и, постепенно повышая напряжение U1K, довести в первичной обмотке ток до I1=Iном. Сделать несколько замеров при токах, меньших Iном. Учесть, что напряжения короткого замыкания трансформатора должны быть не больше U1K 1-5% Uном.

  • Замеренные величины записать в таблицу 8.3. Таблица 8.3

Измерено

Вычислено

U

B

I1

A

PК

Вт

I2

A

UК

%

сos φ

β=I2/I2ном

η

Цена д

1

2

3

4

5

6

7

8

  • Вычислить напряжение короткого замыкания по формуле (8.3)

и cos φ по формуле cos φ= .

  • Определить коэффициент полезного действия трансформатора по формуле (8.4) для рассчитанных по данным опыта значений коэффициентов загрузки β.

  • Построить графики I1=f(U), PK=f(U), cos φ=f(U).

  1. Исследовать трансформатор при активной нагрузке и собрать схему в соответствии с рис.8.3.

Рис. 8.3

  • Начиная с I2=0 до I2=(1.1…1.2) I при U1=const произвести замеры показаний приборов и записать в таблицу 8.4.

Таблица 8.4

Измерено

Вычислено

U1

B

I1

A

P1

Вт

U2

В

I2

А

P2

Вт

сos φ1

сos φ2

Цена д

1

2

3

4

5

6

7

8

  • Определить cos φ1= , а cos φ2 считать равным единице, т. к. во вторичной цепи активная нагрузка.

  • Построить внешнюю характеристику трансформатора, представляющую собой зависимость напряжения на зажимах вторичной обмотки U2 от тока во вторичной обмотке I2: U2=f(I2) при U1=const, cos φ2=const.

Контрольные вопросы

  1. В чём заключается принцип действия, и каково устройство однофазного трансформатора?

  2. Какова задача опыта холостого хода трансформатора?

  3. Какие параметры замеряются и определяются в результате опыта короткого замыкания?

  4. Как определяются потери мощности в трансформаторе?

  5. Как маркируются обмотки трансформатора?

  6. Почему потери мощности в сердечнике трансформатора не зависят от тока нагрузки?

  7. Какое влияние оказывает характер нагрузки на внешнюю характеристику трансформатора?

Лабораторная работа № 9

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]