Методика проведения эксперимента и обработка результатов

Лабораторная работа № 1

Исследование параметров однофазного трансформатора методом холостого хода

Цели и задачи лабораторной работы

В лабораторной работе необходимо:

1. Посредством прибора типа ЛАТР подавать, через определенные интервалы, первичное напряжение, контролируя при этом первичный ток, мощность и снимая напряжение выходное;

2. Приобрести навыки самостоятельной работы при работе со схемами, находящимися под напряжением;

Материалы и оборудование

1. Однофазный трансформатор мощностью 250 Ватт;

2. Прибор типа ЛАТР, встроенный в стенд;

3. Комплект К-540 для измерения первичного напряжения, тока и мощности;

4. Вольтметр, для замеров выходного напряжения.

Теоретическая часть

Опыт холостого хода.

Холостым ходом называют режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке (z_н = ∞, 1₂ = 0 ). В этом случае уравнения напряжений и токов примут вид

Так как полезная мощность при работе трансформатора вхолостую равна нулю, то мощность на входе трансформатора в ре­жиме х.х. Р_о расходуется на магнитные потери в магнитопроводе Р_т (потери на перемагничивание магнитопровода и вихревые то­ки) и электрические потери в меди I₀²r₁ (потери на нагрев обмотки при прохождении по ней тока) одной лишь первичной обмотки. Однако ввиду небольшого значения тока 1₀, который обычно не превышает 2 - 10% от I_1ном, электрическими потерями I₀²r₁ можно пренебречь и считать, что вся мощность х.х. представляет собой мощность магнитных потерь в стали магнитопровода. Поэтому магнитные потери в трансформаторе принято называть потерями холостого хода.

Рис. 1.1 Схемы опыта х.х. трансформаторов однофазного (а), трехфазного (б)

Опыт х.х. однофазного трансформатора проводят по схеме, изображенной на рис. 1.1, а. Комплект электроизмерительных приборов, включенных в схему, дает возможность непосредственно измерить напряжение U₁подведенное к первичной обмотке напряжение U₂₀ на выводах вторичной обмотки; мощность х.х. P₀ и ток I_0.

Напряжение к первичной обмотке, трансформатора обычно подводят через однофазный регулятор напряжения РНО, позволяющий плавно повышать напряжение от 0 до 1,15U_1ном. При этом через приблизительно одинаковые интервалы тока х.х. снимают показания приборов, а затем строят характеристики х.х.: зависимости тока х.х. Iо, мощности х.х. Р₀и коэффициента мощности х.х соsφ₀ от первичного напряжения U₁(рис. 2).

Криволинейность этих характеристик обусловлена состоянием магнитного насыщения магнитопровода, которое наступает при некотором значении напряжения U₁. В случае опыта холостого хода с трехфазным трансформатором напряжение U₁устанавливают посредством трехфазного регулятора напряжения РНТ (рис. 1.1, б).

Характеристики х.х. строят по средним фазным значениям тока и напряжения для трех фаз:

Коэффициент мощности для однофазного трансформатора

где Р₀ - показание однофазных ваттметров; U₁ и Iо — фазные значения напряжения и тока. По данным опыта х.х. можно определить: коэффициент трансформации

ток х.х. при U_1ном (в процентах от номинального первичного тока),

потери х.х. Р₀.

Рис. 1.2 Характеристики холостого хода трансформатора.

В трехфазном трансформаторе токи х.х. в фазах неодинаковы и образуют несимметричную систему, поэтому мощность Р₀ следует измерять двумя ваттмет­рами по схеме, изображенной на рис. 1.1, б. Падение напряжения в первичной ветви схемы замещения в режиме х.х. I₀(г₁ +jx₁) составляет весьма незначительную величину, поэтому, не допуская заметной ошибки, можно пользоваться следующими выражениями для расчета параметров ветви намагничивания:

Обычно в силовых трансформаторах общего назначения сред­ней и большой мощности при номинальном первичном напряже­нии ток х.х. Iо = 10 ÷ 0,6%.

Если же фактические значения тока х.х. I_0ном и мощности х.х. Р_0ном, соответствующие номинальному значению первичного на­пряжения U_1ном, заметно превышают величины этих параметров, указанные в каталоге на данный тип трансформатора, то это сви­детельствует о неисправности этого трансформатора: наличие короткозамкнутых витков в обмотках либо замыкании части пластин магнитопровода.

Методика проведения эксперимента и обработка результатов

Для проведения опыта холостого хода собираем схему Рис. 1.3. Постепенно увеличивая входное напряжение через равные промежутки на вольтметре, записываем в таблицу показания для входного напряжения, тока, мощности и выходного напряжения.

Рис. 1.3. Схема для проведения опыта холостого хода.

Данные опытов заносим в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

Характеристики и параметры холостого хода трансформатора.

№ п/п	Опытные данные	Расчетные данные
U10	I10	P0	U20	K	Cosφ 0	Rо	Xo	Zo

Где:

Cosφ₀ – коэффициент мощности трансформатора при холостом ходе; I1o – ток холостого хода трансформатора; Rо, Хо, Zо – параметры схемы замещения трансформатора в режиме холостого хода; К – коэффициент трансформации;

Содержание отчета

1. Выполнить расчеты и заполнить таблицу 1.

2. Построить графики характеристик холостого хода.

3. Построить векторную диаграмму холостого хода.

4. Сделать выводы об опыте холостого хода, что нам дает этот опыт при изучении трансформаторов.