Для проведения опыта короткого замыкания первичное напряжение установите таким, чтобы в цепи первичной обмотки протекал номинальный ток.

17. Ручку регулятора напряжения ”ЛАТР”, расположенного на панели блока питания стенда, установите в крайнее положение, по направлению противоположному движению часовой стрелки.

18. Предъявите цепь для проверки преподавателю.

19. Автоматическим выключателем ”АП”, расположенным на панели источников питания, подайте напряжение на стенд. При этом на панели блока питания должна загореться сигнальная лампа.

20. Магнитным пускателем, кнопки которого расположены на панели источников питания над клеммами 0~250, подайте напряжение на панель схему. При этом на панели блока питания должна загореться сигнальная лампа.

21. Регулятором напряжения ”ЛАТР”, расположенным на панели блока питания, установите номинальный ток на первичной обмотке трансформатора.

22. Показания приборов занесите в таблицу 4.4.

Таблица 4.4

Результаты испытания трансформатора ОСМ-О16У3 в режиме короткого замыкания

И З М Е Р Е Н О	В Ы Ч И С Л Е Н О
U1к, В	I1н, А	Pк, Вт	I2н, А	uк, %	zк, Ом	Rк, Ом	Xк, Ом	Cos φк

23. Регулятором напряжения ”ЛАТР”, расположенным на панели блока питания, снимите напряжение с первичной обмотки трансформатора.

24. Автоматическим выключателем ”АП”, расположенным на панели блока питания, отключите стенд от сети, при этом на панели блока питания сигнальные лампы должны погаснуть.

25. Соберите цепь, изображенную на рисунке 4.4.

26. Диапазон измерения вольтметра, включенного в цепь первичной обмотки, установите 0-300 В. Диапазон измерения ваттметра установите 0-375 Вт.

27. Предъявите цепь для проверки преподавателю.

V

W

U*

I*

U

А

V

~ 0 ÷ 250

2,5 А

Тр

А

Х

х

а

А

Рис. 4.4. Схема испытания трансформатора под нагрузкой

28. Автоматическим выключателем ”АП”, расположенным на панели источников питания, подайте напряжение на стенд. При этом на панели блока питания должна загореться сигнальная лампа.

29. Магнитным пускателем, кнопки которого расположены на панели источников питания над клеммами 0~250, подайте напряжение на панель схему. При этом на панели блока питания должна загореться сигнальная лампа.

30. Регулятором напряжения ”ЛАТР”, расположенным на панели блока питания, установите на первичной обмотке трансформатора номинальное напряжение.

31. Снимите показания приборов для 4-7 значений вторичного тока. Величину тока изменяйте постепенным увеличением количества включенных резисторов.

33. Показания приборов занесите в таблицу 4.5.

Таблица 4.5

Результаты испытания трансформатора ОСМ-О16У3 под нагрузкой

И З М Е Р Е Н О	В Ы Ч И С Л Е Н О
U1, B	I1, A	P1, Вт	U2, B	I2, A	β	Δu, %	P2, Вт	η	Cos φ

34. Регулятором напряжения ”ЛАТР”, расположенным на панели блока питания, снимите напряжение с первичной обмотки трансформатора.

35. Автоматическим выключателем ”АП”, расположенным на панели блока питания, отключите стенд от сети.

36. Предъявите результаты экспериментов преподавателю.

Рекомендации по обработке экспериментальных данных

Опыт холостого хода

Рис. 4.5. Схема замещения трансформатора на холостом ходу

Так как в опыте холостого хода вторичная обмотка замкнута на вольтметр, можно считать, что ток вторичной обмотки I₂₀=0, падение напряжения во вторичной обмотке также равно нулю, а ЭДС вторичной обмотки равна показанию вольтметра, т.е. Е₂=U₂₀. Ввиду малости тока холостого хода, падением напряжения в первичной обмотке можно пренебречь и считать, что E₁≈U₁₀, тогда отношение электродвижущих сил в формуле (4.3) можно заменить отношением напряжений. Используя данные табл. 4.1 и 4.2, можно рассчитать i₀= (I₁₀/ I_1Н)100%. Схема замещения трансформатора на холостом ходу (рис. 4.5) содержит только элементы намагничивающей цепи R₁₂ и Х₁₂. Для нее известны, измеренные экспериментально, напряжение U₁₀, мощность P₁₀ и ток холостого хода I₁₀.

Эти данные позволяют, пользуясь законами Ома, Джоуля-Ленца и треугольником сопротивлений, определить сопротивления намагничивающей цепи: полное - z₁₂, активное - R₁₂, реактивное - Х₁₂ и коэффициент мощности, также как это делали при выполнении работы ”Последовательная цепь переменного тока”.

Опыт короткого замыкания

Рис. 4.6. Схема замещения трансформатора при коротком замыкании

Так как в опыте короткого замыкания напряжение, подводимое к первичной обмотке, много меньше номинального, магнитный поток в сердечнике также мал.

Схема замещения трансформатора (рис. 4.6) содержит только элементы, учитывающие потери в обмотках (R_к) и индуктивное падение напряжения (Х_к). Измеренные значения напряжения короткого замыкания U_1к, мощности потерь короткого замыкания Р_к и тока I_1н, позволяют вычислить параметры схемы замещения (R_к - активное сопротивление, Х_к - индуктивное сопротивление, z_к - полное сопротивление, а также коэффициент мощности при коротком замыкании), точно так же, как это делали при обработке экспериментальных данных опыта холостого хода, и при выполнении работы ”Последовательная цепь переменного тока”.

Опыт нагрузки

Коэффициентом загрузки – β называется отношение тока, протекающего в обмотках трансформатора, к номинальному току той же обмотки. Активная мощность Р₂, передаваемая в нагрузку, равна активной мощности Р₁, измеренной экспериментально, за вычетом всех потерь мощности:

P₂=P₁-P_Fe-P_Cu.

Преобразование энергии в трансформаторе сопровождается потерями энергии на перемагничивание сердечника и нагрев обмоток.

Потери в сердечнике для данного трансформатора постоянны, не зависят от нагрузки и определяются в опыте холостого хода, т.е.

P_Fe=P₁₀ .

Потери в медных обмотках пропорциональны квадрату коэффициента загрузки:

P_Cu=β²P_к.

Коэффициент мощности определяется соотношением активной и полной мощностей, потребляемых трансформатором из сети:

Cosφ=

Коэффициент полезного действия это отношение активной мощности, передаваемой в нагрузку, к активной мощности, получаемой трансформатором из сети:

η= .

Содержание графической части и выводов

1. Постройте графики зависимости вторичного напряжения - U₂, мощности - Р₂, коэффициента мощности Cosφ₁ и коэффициента полезного действия – η от коэффициента загрузки - β. Укажите экспериментальные значения коэффициента трансформации, тока холостого хода в процентах, потерь мощности в стальном сердечнике, напряжения короткого замыкания в процентах и потерь мощности в обмотках при номинальной нагрузке.

2. Сделайте заключение о цели проведения опыта холостого хода.

3. Сделайте заключение о цели проведения опыта короткого замыкания.

4. Сделайте вывод о влиянии коэффициента загрузки на величину вторичного напряжения. Приведите значение изменения вторичного напряжения при нагрузке при ее изменении от 0 до номинальной.

5. Сделайте вывод о влиянии коэффициента загрузки на величину КПД трансформатора. Отметьте значение коэффициента загрузки, при котором КПД достигает максимальной величины. Сформулируйте условие, при котором КПД трансформатора достигает максимума.

6. Сделайте вывод о влиянии коэффициента загрузки на величины мощности Р₂ и коэффициента мощности Cosφ.

4.6. Контрольные вопросы

1. Какой закон физики положен в основу принципа действия трансформатора?

2. От каких величин зависят ЭДС первичной и вторичной обмоток трансформатора?

3. С какой целью проводятся опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора?

4. Как проводится опыт холостого хода?

5. Как проводится опыт короткого замыкания?

6. Что такое коэффициент трансформации?

7. Как определить коэффициент трансформации экспериментально?

8. Как определить потери мощности в сердечнике экспериментально?

9. Как определить потери мощности в обмотках трансформатора при номинальной нагрузке?

10. При каком условии КПД трансформатора достигает максимального значения?

11. Что показывает коэффициент трансформации?

12. Для чего предназначен сердечник трансформатора?

13. Как осуществляется передача энергии из первичной обмотки во вторичную?

14. Как изменятся потери в сердечнике при увеличении нагрузки?

15. С какой целью сердечник трансформатора выполняется из отдельных, изолированных листов стали?

16. Как вычислить потери мощности в обмотках трансформатора по паспорт- ным данным?

17. Что означает термин: «Ток холостого хода 5%»?

18. Как влияет коэффициент загрузки на КПД?

19. Как изменится вторичное напряжение трансформатора при уменьшении сопротивления индуктивного приемника?

20. Как изменится магнитный поток в сердечнике при увеличении нагрузки?

21. Запишите уравнение трансформаторной ЭДС.

22. Как вычислить изменение напряжения трансформатора при нагрузке?

23.Что такое полная мощность трансформатора?

24. Что такое номинальное напряжение трансформатора?

25. Как изменится вторичное напряжение при уменьшении числа витков первичной обмотки?

Лабораторная работа 5