Джерела інформації
1. Касаткин А. С. Электротехника / А. С. Касаткин, М. В. Немцов. − М. : Энергоатомиздат, 1983. − С. 46−55, 57−78, 89−90, 84−87.
2. Пантюшин В.С. Электротехника. − М. : Высш. шк., 1976. – 2-е изд. − С. 71−86, 88−100, 105−108.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 4
Дослідження однофазного трансформатора
4.1. Ціль роботи
Експериментальне дослідження однофазного трансформатора та закріплення знань відповідних розділів теоретичного курсу.
Набуття навичок проведення експерименту та обробки експериментальних даних.
У роботі досліджується вплив опору навантаження на основні чинники режимів роботи трансформатора: напругу і струм у первинній і вторинній обмотках, потужність у навантаженні, коефіцієнт корисної дії, а також вимірюються напруги та струм холостого ходу й коефіцієнт трансформації.
4.2. Опис лабораторного макета
Лабораторний макет виконаний у вигляді автономного блока. Електрична схема його наведена на рис. 4.1.
Рисунок 4.1
Схема живиться від мережі змінного струму 50 Гц і вмикається тумблером S1. Вторинна обмотка трансформатора має три секції, що дозволяє змінювати кількість витків у ній та коефіцієнт трансформації за допомогою перемикача S2. Навантаженням трансформатора є один з резисторів R3−R7, що приєднуються перемикачем S3. Напруги у схемі виміряються мілівольтметром змінного струму на гніздах U1, U2.
Для вимірювання струмів у даній роботі використовується непрямий метод, заснований на законі Ома. Визначення цим методом струмів I1 та I2 зводиться до вимірювання мілівольтметром падіння напруги UR1 і UR2 на еталонних резисторах R1 і R2 відомої величини та обчислення струмів за формулами
;
.
При R1 = R2 = 1 Oм показання вольтметра у вольтах (мілівольтах) чисельно дорівнюють значенню струму в амперах (міліамперах).
4.3. Підготовка до роботи
4.3.1. Вивчити відповідні розділи курсу.
Для одержання необхідних розрахункових співвідношень доцільно скористатися еквівалентною схемою заміщення. Повна еквівалентна схема трансформатора наведена на рис. 4.2.
Рисунок 4.2
r1 − опір втрат первинної обмотки;
Ls1; − індуктивність розсіювання первинної обмотки;
L1 − індуктивність первинної обмотки;
− індуктивність розсіювання
вторинної обмотки, яка наведена до
первинної;
− опір втрат вторинної
обмотки, який наведено до первинної;
− опір навантаження, який
наведено до первинної обмотки;
− ємність навантаження, яка
наведена до первинної обмотки;
rc – опір втрат у сталі;
− напруга вторинної обмотки,
яка наведена до первинної обмотки;
− коефіцієнт трансформації.
Звичайно виконується нерівність rc >>RH. У цьому випадку струм в опір rс не відгалужується і його впливом на роботу трансформатора можна знехтувати. Крім того, для робочої частоти справедливі співвідношення:
;
;
;
.
При таких допущеннях реактивні
елементи також помітно не впливають
на роботу трансформатора і їх можна
виключити зі схеми. При цьому еквівалентна
схема істотно спрощується (рис. 4.3).
Рисунок 4.3
Як видно з еквівалентної схеми, навантаженням для генератора є вхідний опір трансформатора
.
Коефіцієнт корисної дії трансформатора дорівнює:
Якщо RВХ = RГ (погоджене навантаження), то таке навантаження називається оптимальним. Для оптимального навантаження:
З іншого боку
звідки одержимо
4.3.2. Ознайомитися зі змістом лабораторної роботи й описом макета.
4.3.3. Підготувати таблиці для запису результатів вимірювань.
4.3.4. Обчислити коефіцієнт трансформації:
де W1 − кількість витків первинної обмотки;
W2 − кількість витків вторинної обмотки.
Вихідні дані для розрахунку й експерименту наведені в табл. 4.1. Номер варіанта відповідає номеру бригади.
Таблиця 4.1
-
Номер бригади
1
2
3
4
5
6
7
8
Параметр, W2
570
1000
1330
1000
1330
570
570
1330
Номери виводів обмоток
1 −2
1−3
1−4
1−3
1−4
1−2
1−2
1−4
Параметр, r2
4
10
14
10
14
4
4
14
4.3.5. Обчислити ККД трансформатора для випадку погодженого навантаження
4.3.6. Обчислити значення оптимального опору навантаження. Обчислене значення округлити до найближчого, наведеного в табл. 4.2.
Таблиця 4.2
-
RH, Ом
10
20
60
100
300
∞
U1, В
I1, мА
Р1, мВт
U2, В
I2, мА
P2, мВт
η1Т
α
Для всіх варіантів W1 =1000 витків, r1 = 30 Ом, RГ = 100 Ом.