Исследование режимов работы однофазного трансформатора.

Цель работы:

1. Ознакомится с конструкцией трансформатора;

2. Изучить схемы опытов:

а) холостого хода;

б) короткого замыкания;

в) испытание трансформатора под нагрузкой.

3. Научиться определять основные параметры по данным опытов холостого хода; короткого замыкания.

4. Научиться анализировать полученные данные и строить по ним графики характеристик.

Теоретическое положения

Трансформатор представляет собой статический электромагнитный аппарат, служащий для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при той же частоте.

Рисунок 3.1 – Схема однофазного трансформатора

Отношение подведенного номинального первичного напряжения U_{1 НОМ} к вторичному напряжению U₂₀ при холостом ходе трансформатора называется коэффициентом трансформации:

, (1)

Если ко вторичной обмотке с сопротивлением Z₂ присоединить нагрузку с сопротивлением Z, то во вторичной цепи возникает ток I₂ на её зажимах установится напряжение , зависящее от величины и коэффициента мощности нагрузки cosφ₂.

Зависимость U₂ = f(I₂) при потоянном напряжение U₁ и cosφ₂.

называется внешней характеристикой трансформатора. (рис. 3.1).

Арифметическая разность вторичных напряжении при холостом ходе и нагрузке, выраженная в процентах от номинального вторичного напряжения U_{2 НОМ} называется процентным изменением напряжения трансформатора:

, (2)

Практически формулой (2) пользоваться неудобно, так как величины U₂₀ и U₂ незначитель­но отличаются друг от друга. Поэтому величину ΔU% рекомендуется определять по формуле:

, (3)

Рисунок 3.2

где: β – коэффициент нагрузки трансформатора, . Величины U_a и U_p называются соответственно активной и реактивной составляющими напряжения короткого замыкания, выраженного в процентах и определяются по формулам:

; , (4)

Таким образом зависит от коэффициента загрузки трансформатора β и характера нагрузки, который характеризуется коэффициентом мощности .

Так как опыт короткого замыкания обычно проводится при холодных обмотках трансформатора, то величина активного сопротивления короткого замыкания соответствует температуре t окружающей среды и для приведения её к номинальной рабочей температуре 75°С следует сделать перерасчет по формуле

, (5)

Индуктивное сопротивление короткого замыкания ,

где Z_К – полное сопротивление короткого замыкания . Полное сопротивление короткого замыкания, приведенное к температуре 75°С, .

Мощность к.з. приведенная к рабочей температуре обмоток 75⁰ определяется:

где - число фаз трансформатора

При проведении опыта короткого замыкания трансформатора вторичную обмотку трансформатора закорачивают накоротко, а в первичную подают плавно изменяющееся небольшое напряжение U₁. При этом контролируют ток I₁ , который может превышать i_ном на 20-25%.

Рисунок 3.3 - Электрическая схема опыта короткого замыкания

По этому опыту определяют :

1. Потери электрические

2.Напряжение короткого замыкания U_к. и u_к.%

3.Коэффициент мощности Cos к

Потери в сердечнике трансформатора определяют по опыту холостого хода. При этом опыте вторичную обмотку трансформатора оставляют разомкнутой I₂ =0, а в первичной обмотке плавно повышают напряжение U₁. немного больше U_1ном

Схема опыта холостого хода

Рисунок 3.4 – Электрическая схема опыта холостого хода

По этому опыту определяют при U₁₌ U_1ном:

1)потери в сердечнике трансформатора; 2)коэффициент трансформации K=U₁ / U₂; 3)коэффициент мощности ₀; 4)ток хода I₀ и ί₀ % .

Эксплуатационные свойства трансформатора, работающего при переменной нагрузке, определяются его характеристиками, показывающими изменение первичного тока I₁, вторичного напряжения U₂, коэффициента полезного действия η в зависимости от вторичного тока I₂ при постоянных значениях первичного напряжения U₁, частоты f и коэффициента мощности cosφ₂.

Указанные характеристики могут быть получены при испытании трансформатора под нагрузкой. Следует иметь в виду, что КПД трансформатора рекомендуется определять косвенным путем по данным опытов холостого хода и короткого замыкания по формуле

, (6)

где Р_о и Р_К – мощности, потребляемые трансформатором соответственно при опыте холостого хода и опыте короткого замыкания.

Характеристики трансформатора можно также получить и расчетным путем с использованием его схемы замещения.

Параметры намагничивающего контура находят по формулам

; ; , (8)

где I₀ – ток холостого хода, получаемый из опыта холостого хода.

Сопротивления r₁, x₁, первичной обмотки и приведенные сопротивления , , вторичной обмотки находят из соотношений:

; , (9)

Описание установки

Питание установки производится через лабораторный автотрансформатор. Ток I₁ напряжение U₁ и мощность со стороны первичной обмотки измеряются соответственно амперметром А₁;вольтметром V₁; измерителем мощности,включающим в себя ваттметр и варметр. В качестве нагрузки применяются реостаты (2 блока А13). Данные по приборам сведены в таблицу 3.1

Схема экспериментальной установки включает следующие элементы:

Перечень аппаратуры:

Таблица 3.1

Обозначение	Наименование	Тип	Параметры
А1	Регулируемый автотрансформатор	318.1	~ 0…240 В / 2 А
А2	Трёхфазная трансформаторная группа	347.1	3´80 В×А; 230 В
Р1	Блок мультиметров	508.2	3 мультиметра 0...1000 В / 0...10 А / 0…20 МОм
Р2	Измеритель мощностей	507.2	15; 60; 150; 300; 600 В / 0,05; 0,1; 0,2;0,5 А.
А13	Реостат	323.2	2×100 Ом/1А
			Комплект розеток

Рисунок 3.5 – Электрическая схема соединений опыта холостого хода

Опыт №1 Холостого хода.

1) .Собрать схему опыта холостого хода

2) .Установить пределы по приборам: вольтметр V₁= ; амперметр А₁= ; ваттметр = U_ном=300 (В) и I_ном=0,1 (А); V₂=

3) .Включить выключатели “сеть” блоков, задействованных в эксперименте и активизируйте мультимеры блока Р1.

4) Вращая регулятор автотрансформатора А1, изменяйте напряжение U₁ в диапазоне 0÷240 (В) измеряйте значения тока I₁; мощности активной P; мощности реактивной Q. В конце опыта отключить выключатели сеть блоков, задействованных в эксперименте.

5) Данные заносим в табл. 3.2.

6) По данным опыта вычисляем значения коэффициента трансформации K и коэффициента мощности Cos ₀ и

7) По данным опыта и расчёта построить характеристики холостого хода I_о=ƒ(U₁); P₀=ƒ(U₁); Cos ₀=ƒ(U₁); и при U₁=U_1ном определить потери в стали P₀; Cos ₀; K; и ί₀ % .

Таблица 3.2

Измерено	Вычисленно
U1	I0	U2	P0	Q0	Cos 0	K	ί0 %
В	mA	В	Вт	ВАр

Рисунок 3.6 – Электрическая схема соединений опыта короткого замыкания.