ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

Исследование однофазного трансформатора

Цель работы - ознакомиться с устройством однофазного трансформатора небольшой мощности, провести испытания трансформатора и на основании этих испытаний получить его рабочие характеристики.

1.ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Общие понятия и определения

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, в котором переменный ток одного напряжения преобразуется в переменный ток той же частоты, но другого напряжения.

Схематически устройство трансформатора представлено на рис. 1, а.

На стальном замкнутом магнитопроводе 3, собранном из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга, размещены две обмотки 1 и 2, выполненные из изолированной медной проволоки. Обмотка 1, соединенная с источником питания, называется первичной. Обмотка 2, питающая нагрузку, называется вторичной. Условное обозначение трансформатора на электрических схемах показано на рис. 1, .б

Автотрансформаторы имеют одну обмотку и выводы (отпайки) от отдельных витков. В автотрансформаторах имеет место непосредственная электрическая связь между первичной и вторичной цепями. Автотрансформаторы позволяют регулировать напряжение у потребителей подключением их к различным зажимам, т.е. на различное число витков. В данной работе рассматривается автотрансформатор, используемый для плавного регулирования питающего напряжения.

Одна из основных характеристик трансформатора, коэффициент трансформации , который показывает, во сколько раз трансформатор повышает или понижает подводимое к нему напряжение.

, где

где числа витков первичной и вторичной обмоток;

- действующие значения ЭДС первичной и вторичной обмоток. Если , то такой трансформатор называется повышающим, если то трансформатор понижающий.

Свойства трансформатора характеризуются зависимостью коэффициента полезного действия трансформатора от коэффициента загрузки , приведенной на рис. 2, а.

Максимального значения достигает при условии:

.

У реального трансформатора имеет максимум при коэффициенте загрузки, равном примерно 0,5 и может достигать 99%.

Зависимость вторичного напряжения трансформатора от тока нагрузки при и называется внешней характеристикой (рис. 2, б). Из уравнения напряжений трансформатора для вторичной обмотки следует, что при увеличения тока нагрузки напряжение на зажимах вторичной обмотки уменьшается вследствие увеличения падения напряжения на этой обмотке.

1.2. Опыты холостого хода и короткого замыкания

Опыт холостого хода проводится при питании первичной обмотки номинальным напряжением и отсутствии приемника, подключаемого к зажимам вторичной обмотки (рис. 3).

Вследствие того, что ток холостого хода первичной обмотки составляет 2-8 % от номинального значения, электрическими потерями в первичной обмотке можно пренебречь в виду их малости и считать, что показание ваттметра ,

где мощность магнитных потерь трансформатора – это потери в магнитопроводе на гистерезис и вихревые токи.

По показаниям вольтметров , пренебрегая падением напряжения в первичной обмотке , определяется коэффициент трансформации . Таким образом из опыта холостого определяются коэффициент трансформации , мощность магнитных потерь трансформатора и ток холостого хода .

В опыте короткого замыкания вторичная обмотка замкнута накоротко амперметром (рис. 4), а к первичной обмотке подводится пониженное напряжение , такой величины, чтобы токи в обмотках были равны номинальным т.е. .

Из опыта короткого замыкания определяют относительное напряжение короткого замыкания .

Поскольку мало, магнитный поток тоже мал и пренебрегая незначительными магнитными потерями можно считать, что показание ваттметра ,

где - мощность электрических потерь в обмотках трансформатора. Из опыта короткого замыкания определяются полное , активное и индуктивное сопротивления короткого замыкания по следующим формулам:

Таким образом из опыта короткого замыкания определяются сопротивления короткого замыкания, мощность электрических потерь трансформатора и напряжение короткого замыкания .

2. Программа работы

2.1. Экспериментальная часть

2.1.1. Ознакомиться с устройством трансформатора и записать в таблицу 1 данные испытуемого трансформатора, указанные на щитке.

Таблица 1

, ВА	, В	, В	, А	, А

2.1.2. Собрать схему опыта холостого хода трансформатора (рис. 3). В качестве амперметра включить миллиамперметр с пределом измерения 100 мА. Уточнить цену деления ваттметра активной мощности . Вольтметры V₁ и V₂ выбираются с пределами измерений 250 В и 150 В.

После проверки преподавателем включить цепь под напряжение и установить автотрансформатором АТС номинальное первичное напряжение .

Результаты измерений представить в виде таблицы 2.

Таблица 2

Измерено				Вычислено
, В	, В	,А	,Вт			,%

Выключить рубильник. Результаты опыта показать преподавателю.

2.1.3. Собрать схему опыта короткого замыкания (рис. 4). Амперметры А₁ и А₂ выбрать с пределами измерений 1 А и 3 А, вольтметр – с пределом измерения 75 В.

Перед включением схемы под напряжение рукоятку автотрансформатора установить в крайнее левое положение. После проверки схемы преподавателем включить ее в сеть рубильником Р и автотрансформатором плавно увеличивать напряжение от нуля до такого значения, при котором токи в первичной и вторичной обмотках будут равны номинальным. Это напряжение и будет абсолютным напряжением короткого замыкания . Результаты измерений представить в виде таблицы 3.

Таблица 3

Измерено				Вычислено
, А	, А	, В	, Вт	, %

Выключить рубильник. Результаты опыта показать преподавателю.

2.1.4. Собрать схему нагрузочного режима трансформатора (рис. 5). Все электроизмерительные приборы выбрать в соответствии с номинальными напряжениями и токами исследуемого трансформатора - 250 В; - 150 В; - 1 А; - 3 А. После проверки схемы преподавателем осуществить нагрузку трансформатора для следующих значений : 0; 0,33; 0,5; 0,75; 1,0 с помощью проволочного реостата . Во всех случаях автотрансформатором поддерживать стабильность первичного напряжения , равного номинальному .

Результаты измерений представить в виде таблицы 4.

Таблица 4

	Измерено					Вычислено
0
0,33
0,5
0,75
1,0

Выключить рубильник. Результаты опыта показать преподавателю и разобрать схему.