Исследование работы однофазного трансформатора

Цель работы

Изучить принцип действия и устройство трансформатора, исследовать работу трансформатора при различных режимах.

Программа работы

5.2.1. Ознакомиться с приборами и оборудованием лабораторной установки и записать их паспортные данные в таблицу 5.1.

Таблица 5.1. Приборы и оборудование.

Наименование	Количество	Тип	Обозначение в схеме
Трансформатор
Автотрансформатор
Амперметр
Вольтметр
Ваттметр
Нагрузка

5.2.2. Изучить устройство и принцип действия трансформатора.

5.2.3. Собрать электрические схемы для исследования работы трансформатора в режимах холостого хода, короткого замыкания и нагрузки (рисунки 5.1., 5.2. и 5.3. соответственно).

5.2.4. На основании данных экспериментов холостого хода и короткого замыкания рассчитать коэффициент полезного действия трансформатора и построить (в масштабе) зависимости h = f(Р₂).

5.2.5. По данным исследования трансформатора под нагрузкой построить:

- внешнюю характеристику трансформатора;

- зависимость cosj и h от мощность нагрузки Р₂.

5.2.6. На основании внешней характеристики трансформатора определить процентное изменение вторичного напряжения DU, % при I₂ = I_2н.

5.2.7. Выполнить анализ полученных результатов.

Рекомендации по выполнению работы

5.3.1. Эксперимент холостого хода трансформатора проводят на установке, электрическая схема которой изображена на рисунке 5.1. Эксперимент выполняется с целью определения коэффициента трансформации и потерь в стали трансформатора и проводят его следующим образом.

Рисунок 5.1. Электрическая схема установки для исследования

однофазного трансформатора при холостом ходе.

Включив автоматический выключатель QF, посредством автотрансформатора Т устанавливают номинальное напряжение, указанное на щитке трансформатора. Данные всех экспериментов записывают в таблицу 5.1. (графа «режим холостого хода»). Мощность, требуемая трансформатором в режиме холостого хода (Р₀) идет в основном на компенсацию потерь в стали (от гистерезиса и вихревых токов), при этом потери в проводниках обмоток сравнительно малы (ток первичной обмотки невелик, а I₂ = 0).

Основные формулы для расчета:

коэффициент мощности ;

коэффициент трансформации .

5.3.2. Эксперимент короткого замыкания проводят на установке, электрическая схема которой приведена на рисунке 5.2. Эксперимент выполняется с целью определения потерь в меди обмоток трансформатора.

Рисунок 5.2. Электрическая схема установки для исследования

однофазного трансформатора при коротком замыкании.

Эксперимент выполняют следующим образом.

Вторичную обмотку трансформатора замыкают накоротко, а к первичной обмотке подводят пониженное напряжение короткого замыкания U₁ = U_к, при котором ток в первичной обмотке равен номинальному значению, т.е. I_1к = I_1ном. Подводимое напряжение плавно повышают с помощью автотрансформатора АТ от нуля до напряжения короткого замыкания U_K, при котором I_1к = I_1ном.

Показания приборов записывают в таблицу 5.2. (графа «режим короткого замыкания»). Поскольку эксперимент короткого замыкания проводится при пониженном напряжении потери в стали малы и ими пренебрегают. Можно считать, что мощность, потребляемая в режиме короткого замыкания трансформатора, идет на восполнение потерь в проводниках (меди) обмоток трансформатора (Р_К).

Напряжение короткого замыкания определяют

,

где U_H – номинальное напряжение первичной обмотки.

5.3.3. Эксперимент при нагрузке трансформатора проводят на установке, собранной по схеме рисунка 5.3.

При проведении эксперимента вторичная обмотка трансформатора включается на регулируемую нагрузку, в качестве которой используют ламповый реостат. Этот эксперимент позволяет снять внешнюю характеристику трансформатора, а также проследить взаимную зависимость вторичной и первичной цепей трансформатора.

Рисунок 5.3 Электрическая схема установки для исследования

однофазного трансформатора под нагрузкой

Эксперимент выполняют следующим образом. Трансформатор при разомкнутой вторичной цепи включают в сеть и снимают показания приборов

при I₂ = 0. Нагружая трансформатор ламповым реостатом, снимают нагрузочную (внешнюю) характеристику по трем точкам для токов . Показания приборов записывают в таблицу 7.2 (графа «Нагрузочный режим).

Формулы для расчета:

коэффициент мощности ;

вторичная мощность ;

коэффициент полезного действия .

5.3.4. Определение коэффициента полезного действия трансформатора косвенным методом. По данным эксперимента холостого хода и короткого замыкания рассчитать h трансформатора для значений b = 0,25; 0,50; 0,75; 1,0. Построить в масштабе зависимость h = f(P₂) и построить эту зависимость с зависимостью к.п.д., полученной по данным эксперимента непосредственной нагрузки трансформатора. Эксперименты холостого хода и короткого замыкания позволяют рассчитать коэффициент полезного действия трансформатора по формуле

,

где b - коэффициент полезного действия трансформатора;

S_H – номинальная мощность трансформатора, ВА (указана на щитке):

Р₀ – потери в стали, измеренные при эксперименте холостого хода;

Р_КН – потери в меди обмоток, полученные из эксперимента короткого замыкания трансформатора.

На основании экспериментальных данных построить внешнюю характеристику трансформатора, представляющую зависимость напряжения на зажимах вторичной обмотки U₂ от тока во вторичной цепи I₂: при , а также зависимости и при .

На основании внешней характеристики трансформатора определить процентное изменение напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора при номинальной нагрузке.

Процентное изменение напряжения определяется выражением

,

где U₂₀ – напряжение на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе;

U₂ – напряжение на зажимах вторичной обмотки при .

Таблица 5.2. Результаты экспериментов.

Режимы исследования	Измерено	Вычислено
Режим холостого хода	U10, B	U20, B	I10, A	P10, Bт		cosj0	K
Режим короткого замыкания	UK, B	IK, A				UK, %
Нагрузочный режим	U1, B	I1, A	P1, Bт	U2, B	I2, A	cosj1	P2, Bт	h, %

5.4. Контрольные вопросы

5.4.1. С какой целью проводят эксперименты холостого хода и короткого замыкания?

5.4.2. Как можно измерить коэффициент трансформации трансформатора?

5.4.3. Что называют внешней характеристикой трансформатора и как её получить?

5.4.4. Какие потери энергии имеют место в трансформаторе и от чего они зависят?

5.4.5. Изменится ли ток в первичной обмотке трансформатора, если будем изменять ток во вторичной обмотке и почему?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6