Ход работы

1. Ознакомиться с устройством прибора.

2. Собрать электрическую схему включения счетчика (рис. 3).

Рис. 3. Схемы включения приборов в электрическую цепь для проверки однофазного счетчика.

3. Проверить наличие самохода счетчика, для чего собрать схему рис.3, отключить потребители и подать на входные зажимы счетчика напряжение на 10% выше номинального. При этом диск счетчика не должен сделать больше одного оборота.

4. Определить относительную погрешность счетчика.

Вычислить номинальную постоянную счетчика по паспортным данным счетчика (указано на лицевой панели счетчика). С помощью реостата 30 Ом, 5А и лампового реостата установить нагрузку (ток), равную 10% от номинальной для данного счетчика. По секундомеру отметить время t, в течение которого диск счетчика совершит 25 полных оборотов. Повторить измерения для нагрузки 50, 75, 90, 100% от номинальной. Вычислить действительные постоянные счетчика и определить его относительную погрешность для различной загрузки:

Полученные данные занести в таблицу 1

:

Таблица 1

, Вт.с/об	Измерено					Вычислено
	, с.	, об	, В	, А	, Вт	, %

Построить кривую погрешностей .

3. Определить чувствительность счетчика.

Собрать схему по рис.4.

Рис.4. Схема для проверки счетчика на чувствительность.

Установить напряжение на зажимах (на входе счетчика) равное 25% от U_ном. Осторожно перемещая движок реостата 5000 Ом, заметить начало вращения диска электросчетчика из положения равновесия. Отметить величину тока . Повторить измерения для напряжений, составляющих 0,5; 0,75; 0,9; 1,0; 1,1 от номинального значения. Вычислить чувствительность

Полученные данные занести в таблицу 2:

Таблица 2.

, В	, ,	, %	, %

Построить кривую чувствительности S=f(U).

Сделать выводы по каждому пункту работы.

ТРАНСФОРМАТОРЫ. МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА.

ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИКИ

Лабораторная работа № 6

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Цель работы: ознакомиться с конструкцией однофазного трансформатора, исследовать его прямыми и косвенными методами.

На основании опытных данных построить основные характеристики трансформатора.

Оборудование:

1. Однофазный трансформатор 300/12В.

2. РНШ.

3. Вольтметр 300В.

4. Вольтметр 30В.

5. Амперметр 2А.

6. Амперметр 5-10А.

7. Ваттметр 2А, 300В.

8. Ваттметр 5А, 30В.

9. Спаренный реостат 30Ом, 5А.

10. Трансформатор тока 50А.

Контрольные вопросы.

1. Принцип действия трансформатора.

2. Назначение трансформаторов

3. Как определяют коэффициент трансформации?

1. Что такое номинальная мощность трансформации?

4. Способы определения коэффициента полезного действия трансформатора.

5. Как можно определить потери в стали и потери в меди?

6. Как определить эквивалентное сопротивление обмоток трансформатора по данным опыта короткого замыкания?

7. Какую зависимость называют внешней характеристикой трансформатора? Каков ее вид?

8. Трехфазные трансформаторы.

9. Измерительные трансформаторы.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Трансформаторы применяются обычно для изменения напряжения. Принцип действия трансформатора основан на законе электромагнитной индукции Фарадея.

Диапазон мощностей трансформаторов - от нескольких (радиотрансформаторы) до сотен тысяч (на больших электростанциях).

В трансформаторе нет вращающихся элементов, поэтому механические потери отсутствуют. Имеются потери только в стали (от гистерезиса и вихревых токов) и в обмотках (нагрев обмоток протекающим током). Поэтому кпд трансформатора весьма высок, при больших мощностях достигает 99% и выше.

Определение кпд непосредственным измерением первичной и вторичной мощности из-за небольшой разницы этих мощностей может привести к большим неточностям.

Кроме того, при значительной мощности испытуемого трансформатора создание регулируемой нагрузки бывает затруднительно.

Поэтому кпд трансформатора вычисляют косвенным методом, т.е. через мощность потерь .

Тогда:

Для определения потерь проводят два опыта: опыт холостого хода и опыт короткого замыкания.

Опыт холостого хода

В этом опыте вторичная обмотка разомкнута, ток . Следовательно, вся мощность, измеренная ваттметром , идет на потери в сердечнике (в стали) и потери в первичной обмотке:

где – потери в стали;

– ток холостого хода;

– активное сопротивление первичной обмотки.

К первичной обмотке подведено номинальное напряжение, следовательно, и магнитный поток в стальном сердечнике имеет номинальное значение, величина которого остается почти неизменной и при нагрузке трансформатора, т.к.

Падение напряжения и величины по сравнению с небольшие, поэтому приближенно можно считать

Первичное же напряжение – величина неизменная, следовательно, постоянной величиной, при этих допущениях, будет и магнитный поток .

Потери в стали зависят от величины магнитного потока, а при его неизменности величина этих потерь будет постоянна как при холостом ходе, так и при нагрузке трансформатора.

Ваттметром (рис.3) измеряют, кроме потерь в стали, также и потери на нагревание током первичной обмотки.

Ток холостого хода в трансформаторе невелик и составляет от , где – номинальное значение первичного тока.

Таким образом, при потери на нагревание первичной обмотки при холостом ходе составляют (1/20)²=1/400 часть потерь, которые будут в ней при номинальной нагрузке. При эти потери составят 1/100.

Если еще учесть, что во вторичной обмотке в опыте холостого хода , то потери на нагревание обмоток током в опыте холостого хода составляют еще меньшую часть потерь при номинальной нагрузке, то есть величину столь малую, что ею можно пренебречь, и считать мощность холостого хода, равной потерям в стали:

(1)

Из опыта холостого хода можно определить коэффициент трансформации , и при наличии третьей вспомогательной обмотки с известным количеством витков, число витков первичной и вторичной обмоток.

Коэффициентом трансформации трансформатора называется отношение:

(2)

На основании определения коэффициента трансформации можно записать:

и

где – число витков вспомогательной обмотки,

– напряжение на этой обмотке при холостом ходе.

Из этих уравнений определяем и :

;

Опыт короткого замыкания

В этом опыте вторичная обмотка трансформатора закорочена, а к первичной подведено весьма небольшое напряжение (5-10% от ), обеспечивающее протекание по обмоткам тока, равного номинальному (рис.5).

Это напряжение называется напряжением короткого замыкания.

Можно сказать, что равно потери напряжения в обмотках трансформатора при протекании номинальных токов.

Напряжение короткого замыкания , наряду с номинальной мощностью трансформатора , напряжениями и , током и , являются важными величинами, характеризующими данный трансформатор. Для получения необходимого небольшого напряжения в опыте короткого замыкания (рис.5) используется автотрансформатор (регулятор напряжения).

Согласно условию проведения опыта, ток должен быть равен номинальному значению тока трансформатора.

Мощность, измеренная в опыте короткого замыкания, тратится на нагревание обмоток и потери в стали:

(3)

Потери в стали пропорциональны квадрату магнитного потока, который из-за небольшой величины приложенного напряжения будет мал. Следовательно, потерями в стали, по сравнению с потерями в обмотках, можно пренебречь:

(4)

Из этого выражения легко подсчитать величину активного сопротивления первичной и вторичной обмоток, так называемого эквивалентного сопротивления:

;

(5)

Зная величину (потери в обмотках при номинальном токе называют потерями в меди), можно легко определить потери в меди при любой нагрузке трансформатора.

Обозначая отношение тока нагрузки к номинальному току через коэффициент загрузки , получим значение потерь в обмотках при загрузке b(потери в меди):

(6)

Тогда кпд трансформатора можно записать так:

(7)

Удобно мощность выразить через номинальную мощность трансформатора и уже входящий в формулу коэффициент загрузки b:

Тогда формула для определения кпд. принимает вид:

(8)

Зная и получив из проведенных опытов и , задаваясь нагрузкой ; ; ; ; , построим кривую кпд.

Рис.1 Зависимость кпд трансформатора от нагрузки

Внешняя характеристика трансформатора.

Трансформатор по отношению к потребителю является источником тока, следовательно, имеет свою внешнюю характеристику:

Потеря напряжения в трансформаторе достаточно точно определяется выражением: , где

- активное падение напряжения при номинальном токе;

- реактивное (индуктивное) падение напряжения при номинальном токе;

- коэффициент мощности потребителя (при емкостной нагрузке будет отрицателен).

Величины и обычно вычисляются в процентах от

;

_{Следовательно, потеря напряжения в трансформаторе зависит от двух факторов: загрузки трансформатора и} .

Рис. 2 Внешние характеристики трансформатора: при = 0.8 при = 1.0

ХОД РАБОТЫ.

1. Произвести внешний осмотр трансформатора: найти выводы первичной и вторичной обмоток. Записать паспортные данные в отчет по лабораторной работе.

Рис.3 Схема включения трансформатора для снятия нагрузочной характеристики от 0 до 10 А.

Рис.4 Схема включения трансформатора для снятия нагрузочной характеристики от 10 до 20 А.

2. Провести опыт холостого хода (разомкнуть вторичную обмотку трансформатора). Показания приборов записать в таблицу. По данным опыта холостого хода определить:

а) коэффициент трансформации;

б) потери в стали _.

3. Снять внешнюю характеристику трансформатора.

Провести исследования трансформатора при активной нагрузке, начиная с до . Увеличивать следует повышая при каждом отсчете ток на 10%. Показания приборов записать в таблицу.

На основании опытных данных построить внешнюю характеристику при и .

Таблица.

	Данные измерений						Результаты вычислений
								h
	А	В	Вт	А	В	Вт		%	Ом
Холостой ход	0
Нагрузка	2
	4
	6
	8
	10
	12
	14
	16
	18
	20
Опыт короткого замыкания

4. Для определения потерь в меди провести опыт короткого замыкания. Для этого собрать схему по рис.5

Рис.5. Схема включения трансформатора в режиме короткого замыкания.

В опыте короткого замыкания вторичная обмотка трансформатора замыкается накоротко, а к первичной обмотке подводится пониженное напряжение(3-10% ), но такое по величине, при котором ток в первичной обмотке будет номинальным . Напряжение понижается при помощи автотрансформатора.

Подводимое напряжение плавно повышают от нуля до величины так называемого короткого замыкания , при котором . Показания приборов записать в таблицу.

5. По данным опытов холостого хода и короткого замыкания определить коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке трансформатора и промежуточных значениях.

Кпд может быть определен по формуле:

,

где - коэффициент загрузки, равный ;

- номинальная мощность трансформатора, ВА;

- потери в стали, Вт;

- потери в меди, Вт.

На основании экспериментальных данных и расчетов построить кривые:

; ; ;

Подсчитать _.

Сделать выводы по работе.