6 Лабораторная работа №6. Испытание однофазного трансформатора

Тема: трансформаторы.

Цель работы:

Ознакомиться с конструкцией и научиться опытным и расчетным путем определять параметры и характеристики трансформаторов.

Краткие теоретические сведения

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте.

Д ействие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции.

Если первичную обмотку трансформатора включить в сеть источника переменного тока с напряжением U₁, то по ней будет протекать переменный ток I₁, который создает в сердечнике переменный магнитный поток Ф. Этот магнитный поток, пронизывая витки вторичной обмотки и индуктирует э.д.с. Е₂. Если вторичную обмотку замкнуть на какой-либо приемник энергии, то под действием индуктируемой э.д.с. Е₂ по этой обмотке и через приемник будет протекать ток I₂, а на выводах вторичной обмотки – напряжение U₂. В повышающих трансформаторах U₂>U₁.

Для повышения вторичной связи между первичной и вторичной обмотками они помещаются на магнитопроводе (стальном сердечнике). Сердечник трансформатора для уменьшения потерь на вихревые токи набирается из тонких листов трансформаторной стали толщиной 0,35 или 0,5 мм, покрытых лаком.

Для определения коэффициента трансформации, потерь в трансформаторе и параметров схемы замещения существуют опыты холостого хода и короткого замыкания.

Холостым ходом называют режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке. При этом по первичной обмотке протекает ток холостого хода I₀. ток во вторичной обмотке равен нулю I₂=0. Никакой полезной мощности из первичной обмотки во вторичную не передается.

Значение тока холостого тока составляет 5-10% от номинального, поэтому потери в меди первичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода очень незначительны, а во вторичной таких потерь вообще нет. Вследствие этого потерями в обмотках трансформатора в режиме холостого хода обычно пренебрегают. Считается, что основными потерями при этом являются потери в магнитопроводе (иногда их называют потерями в стали): потери на перемагничивание магнитопровода и вихревые токи.

Из опыта холостого хода определяются напряжение первичной U₁ и вторичной U₂₀ обмоток, ток холостого хода I₀, потребляемая мощность Р. По результатам измерений рассчитываются коэффициент трансформации и находятся потери в стали . Номинальными напряжениями считаются напряжения на холостом ходу.

Опытом короткого замыкания (к.з.) трансформатора называется режим, когда к первичной обмотке подводится напряжение U_1к.з. во много раз меньше номинального напряжения, а зажимы вторичной обмотки накоротко замыкаются. Резко сниженное напряжение в опыте к.з. вызывает незначительные потери в магнитопроводе. Поэтому ими практически можно пренебречь. Так как токи трансформатора равны номинальным, то ваттметр измеряет номинальные потери в обмотках, или, как иногда говорят, потерями в меди трансформатора: Р_к.з.=Р_об.

Из опыта к.з. можно измерить напряжение первичной обмотки U_1k, мощность короткого замыкания Р_к с помощью ваттметра, ток в первичной обмотке I₁.

Режимом нагрузки трансформатора называется такой режим, когда к первичной обмотке трансформатора подается напряжение U₁ и к вторичной обмотке подключен потребитель. При этом по первичной обмотке протекает ток I₁, а во вторичной – ток I₂. Из первичной во вторичную обмотку передается полезная мощность (электрическая энергия).

По результатам испытаний трансформатора под нагрузкой определяются полезная мощность ; к.п.д. ; коэффициент мощности ; коэффициент нагрузки (I_2н.определяется из режима К.З.).

, где - потери в стали, - потери в меди.

К.п. д. трансформатора для различных значений нагрузки определяется по формуле:

,

где - потери в меди, определяемые из опыта короткого замыкания.

Полученное выражение показывает, что к.п.д. трансформатора находится в прямой зависимости от коэффициента загрузки и от значения коэффициента мощности нагрузки .

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка состоит из однофазного трансформатора, измерительных приборов и переключателей, собранных по схеме, представленной на рис. 6.2.

П орядок выполнения работы

1. Подготовьте установку к испытаниям, для чего установите движок потенциометра R2 в верхнее положение, а также в исходное состояние переключатели S1 и S2 (в соответствии со схемой рис. 6.2.

2. Выполните опыт холостого хода. Для этого разомкните переключатель S2, подайте питание на схему, замкнув автоматический выключатель SA, и запишите показания приборов в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Показания приборов

№ п/п	Режим работы	Измерить					Вычислить
		U1	I1	P1	I2	U2	P2	1	cos1		2
1	Холостой ход
2	Нагрузка
	Нагрузка
	Нагрузка
3	Короткое замыкание

3. Выполните испытания трансформатора, замкнув переключатели S2 и изменяя активную нагрузку перемещением движка потенциометра до тока I =3А. Запишите показания приборов в табл. 6.1.

4. Выполните опыт короткого замыкания. При этом включите переключатель S1 и запишите показания приборов в табл. 6.1.

Задания для студентов

1. По данным опыта холостого хода определите коэффициент трансформации К и потери в стали.

2. По данным опытов короткого замыкания определите потери в меди Р_К .

3. Для всех опытов рассчитайте значения запишите в табл. 6.1.

4. Постройте характеристику трансформатора: .

Содержание отчета

В отчете представляются электрическая, принципиальная схемы лабораторной установки, таблица с результатами измерений и расчетов, анализ, выводы.

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действия трансформатора.

2. Назовите основные элементы конструкции трансформатора.

3. Какие данные можно получить из опыта холостого хода, короткого замыкания?

4. Почему при нагрузке трансформатора изменяется напряжение на его вторичной обмотке?

5. Что такое изменение напряжения трансформатора и как зависит его величина от характера нагрузки?

6. К.П.Д. трансформатора.

Литература: [1], [2], [3] [4].