Выполнение опыта короткого замыкания трансформатора

Перед включением схемы (рисунок 4.1) необходимо установить минимальное напряжение при помощи автотрансформатора TV1. Переключатель SA1 должен быть разомкнут, а SA2 - замкнут. Для 5…8 значений тока первичной обмотки, изменяемого в пределах 0…1,25·I₁, в таблицу 4.2 записываются показания соответствующих приборов. Ток изменять с помощью автотрансформатора PV1.

Таблица 4.2 Результаты опыта КЗ

№	IК =I1, A	UК = U1, B	PК , Вт	I2, A	U2, B
…

По данным таблицы 4.2 строятся характеристики короткого замыкания трансформатора:

U_К = f( I_К), ∆P_ОБМ =P_К =f( I_К).

По результатам опыта короткого замыкания для I_1К = I_1Н определяются параметры схемы замещения R₁, R₂’, X_σ1, X_σ2’, номинальная мощность потерь в обмотках трансформатора ∆P_ОБМ.Н и номинальное напряжение короткого замыкания U_К.Н.

Значение номинальной мощности потерь в обмотках ∆P_ОБМ.Н (или P_К.Н), определяется из характеристики ∆P_ОБМ = f(I_К) по значению номинального тока первичной обмотки, учитывая, что потери в обмотках зависят от тока и пропорциональны его квадрату:

∆P_ОБМ ~ I₁² .

Значение номинального напряжения короткого замыкания U_К.Н, определяется аналогично из характеристики U_К = f( I_К) по значению номинального тока первичной обмотки, считая, что напряжение короткого замыкания U_К.Н пропорционально току в обмотках:

U_К ~ I₁.

Активные сопротивления R₁, R₂’ и индуктивные сопротивления рассеяния X_σ1, X_σ2’ обмоток трансформатора определяются по формулам (4.6).

(4.6)

Для упрощения расчетов сопротивлений можно принять, что: .

Так как обмотки имеют активные и реактивные сопротивления, то напряжения короткого замыкания имеет соответствующие им активную и реактивную составляющие:

(4.7)

Экспериментальное и расчётное построение характеристик

Трансформатора

Для исследования трансформатора под нагрузкой переключатель SA1 замыкается, а SA2 должен быть разомкнут (рисунке 4.1).

Измеряя вольтметром PV1, установить автотрансформатором TV1 напряжение, равным U_1H. Изменять ток вторичной обмотки в пределах 0…1,25·I₂ с помощью нагрузочного реостата R_НАГР. Напряжение первичной обмотки поддерживать постоянным U₁ =U_1H = const. Для 5…8 значений тока записать показания соответствующих приборов в таблицу 4.3.

Коэффициент мощности нагрузки в работе принимается равным единице cosφ₂ = 1, так как в качестве нагрузки применяется реостат, который имеет чисто активное сопротивление.

Выходную мощность трансформатора определяют по формуле:

(4.9)

Таблица 4.3 Результаты исследования трансформатора под нагрузкой

№	Экспериментальные	Расчетные
U1, B	I1, A	P1, Вт	U2, В	I2, A	P2, Вт		η, %	cosφ1
1
2
…

Коэффициент загруженности трансформатора: (4.10)

Коэффициент полезного действия трансформатора:

(4.11)

Коэффициент мощности cosφ₁ трансформатора определяется по формуле аналогичной (4.1) и (4.6).

По результатам опыта с нагрузкой строятся внешняя характеристика трансформатора U₂ = f(I₂) и другие зависимости: η = f(I₂), cosφ₁ = f(I₂).

Для значений коэффициента загруженности из таблицы 4.3 по результатам опытов ХХ и КЗ по формулам (4.12) и (4.13) рассчитываются напряжение на выводах вторичной обмотки U₂ и КПД трансформатора η. Результаты заносятся в таблицу 4.4.

(4.12)

(4.13)

где S_2H - номинальная мощность трансформатора, определяемая по его паспортным данным;

U_a,U_р, ΔP_CT.Н, ΔP_ОБM.H - величины, определяемые в опытах холостого хода и короткого замыкания трансформатора.

Промежуточные и итоговые результаты расчетов по формулам (4.12) и (4.13) заносятся в таблицу 4.4.

Таблица 4.4 Расчет параметров по результатам опытов ХХ и КЗ

№		P2 , Вт	ΔPОБM, Вт	U2, В	η,%
1
2
…

По данным таблицы 4.4 так же строятся зависимости U₂ = f(I₂) и η = f(I₂) совместно с характеристиками из таблицы 4.3.

Сравнить характеристики, полученные разными методами и определить возможные причины различия, если они есть.

Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

5.1 Тема, цель работы.

5.2 Основные теоретические сведения.

5.3 Расчёты и результаты измерений: таблицы, заполненные экспериментальными и рассчитанными данными; графики зависимостей; схема замещения с рассчитанными параметрами.

5.4 Ответы на контрольные вопросы.

5.5 Выводы по работе.

6 Контрольные вопросы

6.1 Как зависит КПД трансформатора от его загруженности?

6.2 Как изменяются потери в стали и потери в обмотках трансформатора при изменении тока нагрузки?

6.3 В каких целях проводятся опыты ХХ и КЗ?

6.4 Почему при холостом ходе не учитываются потери в обмотках, а при коротком замыкании - в магнитопроводе трансформатора?

6.5 Почему при изменении тока нагрузки изменяется и напряжение на выводах вторичной обмотки трансформатора.

Лабораторная работа № 2