Работа 3. Исследование однофазного двухобмоточного трансформатора

Цель работы. Ознакомление с устройством, принципом действия, характеристиками и методами исследования однофазного трансформатора

Содержание работы

1. Ознакомление с устройством, конструкцией, принципом действия однофазного двухобмоточного трансформатора с помощью соответствующих разделов учебника [1] и учебного пособия [3].

2. Пользуясь методическими указаниями, провести опыты для различных режимов работы трансформатора.

3. Провести опыт холостого хода исследуемого однофазного трансформатора.

4. Провести опыт короткого замыкания однофазного трансформатора.

5. Осуществить режим нагрузки однофазного трансформатора путем включения в его вторичную цепь переменного активного сопротивления.

6. На основании полученных экспериментальных данных определить основные параметры трансформатора и построить его внешнюю и нагрузочные характеристики.

7. Сделать выводы о проведенной работе, отметив характерные особенности снятых параметров и характеристик трансформатора.

8. Составить и надлежащим образом оформить отчет по лабораторной работе.

Принципиальная схема для исследования однофазного двухобмоточного трансформатора в различных режимах представлена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема для исследования однофазного двухобмоточного трансформатора в различных режимах

Аналогичная схема представлена в рабочем окне виртуального лабораторного модуля (см. рис. 2) при проведении данной работы.

Рис. 2. Принципиальная схема в окне виртуального модуля лабораторной работы «Исследование однофазного двухобмоточного трансформатора»

Методика проведения работы

Опыт холостого хода трансформатора

В режиме холостого хода активная нагрузка не подключена к вторичной обмотке трансформатора (на схеме рис. 2 все выключатели S₁  S₆ разомкнуты). С помощью лабораторного автотрансформатора (ЛАТР) устанавливается напряжение U₁₀ , подаваемое на первичную обмотку трансформатора, равное номинальному напряжению питания U₁₀ = U₁ = 150 В, которое контролируется вольтметром V₁.

С помощью цифровых измерительных приборов измеряется напряжение на зажимах вторичной обмотки U₂₀, ток I₁₀ в первичной обмотке трансформатора, потребляемая мощность Р₁₀ при холостом ходе. Измеренные величины U₁, Р₁₀, I₁₀, U₂₀ заносятся в табл. 1.

По результатам измерений, проведенных в опыте холостого хода трансформатора, делаются следующие вычисления:

1. Коэффициент трансформации трансформатора

2. Коэффициент мощности трансформатора при холостом ходе

3. Относительная величина тока холостого хода первичной обмотки трансформатора

Внимание ! Номинальный ток первичной обмотки принимается равным I_1н = 1А.

4. Магнитные потери мощности в магнитопроводе трансформатора

Р_маг ≈ Р₁₀, Вт.

Вычисленные величины заносятся в табл. 1.

Таблица 1

Результаты измерений и вычислений в опыте холостого хода трансформатора

Измерения						Вычисления
U1, В	Р10, Вт	I10, А	U20, В	Р20, Вт	I20, А	Kтр	cosφ10	(I10/ I1н)100%	Рмаг, Вт

Опыт короткого замыкания трансформатора

Опыт короткого замыкания трансформатора проводится при пониженном напряжении на первичной обмотке трансформатора, при котором ток в обмотке равен номинальному значению, а именно I_1к = I_1н = 1А. При этом ток во вторичной обмотке также будет равен номинальному току I_2к = I_2н. Напряжение, подводимое к первичной обмотке трансформатора в этом опыте короткого замыкания U_1к, окажется намного ниже номинального напряжения U₁ = 150 В. Короткое замыкание вторичной обмотки трансформатора наступает при замыкании выключателя S₆ на рис. 2.

Измеренные в этом опыте значения токов I_1к, I_2к напряжения U_1к и потребляемой мощности Р_1к в цепи первичной обмотки трансформатора заносятся в табл. 2.

Таблица 2

Результаты измерений и вычислений в опыте короткого замыкания

Измерения						Вычисления
U1к, В	Р1к, Вт	I1к, А	U2к, В	Р2к, Вт	I2к, А	Kтр*	cosφ1к	(U1к/ U1н)100,%	РЭ, Вт

По результатам измерений опыта короткого замыкания приближенно определяются:

1. Коэффициент трансформации трансформатора через отношение токов в его обмотках

K_тр*  I_2к/ I_1к;

2. Коэффициент мощности трансформатора при коротком замыкании

3. Относительная величина напряжения первичной обмотки трансформатора

(U_1к/ U_1н)100,%;

4. Электрические потери мощности в обмотках трансформатора

Р_э = Р_1к, Вт.

Опыт с переменной нагрузкой трансформатора

На первичной обмотке трансформатора с помощью ЛАТРа устанавливается номинальное напряжение U₁ = 150 В и поддерживается постоянным во всех опытах.

Общая величина активной нагрузки R_н в цепи вторичной обмотки трансформатора (рис. 1) ступенчато увеличивается при поочередном параллельном подключении резисторов R₁  R₅ с помощью клавишных выключателей S₁  S₅ (рис. 2).

Измерение тока I₁, напряжения U₁ и потребляемой мощности Р₁ в цепи первичной обмотки трансформатора, а также тока I₂, напряжения U₂ и активной мощности Р₂ переменной нагрузки проводится соответствующими цифровыми измерительными приборами (см. рис. 2).

Измеренные величины (U₁, I₁, Р₁, U₂, I₂,) для 6-и опытов заносятся в табл. 3.

Примечание. Результаты измерений для пункта «0 хол.ход» (первая строка табл. 3) берутся из табл. 1 при проведении опыта холостого хода

Таблица 3

Результаты измерений и вычислений в опытах нагруженного трансформатора

№ пп	Измерения						Вычисления
	U1, В	Р1, Вт	I1, А	U2, В	Р2, Вт	I2, А	η	cosφ1	U2*	Р1*	I2*
0 хол. ход
1
2
3
4 ном.реж.
5

По результатам измерений нагруженного трансформатора при различных токах нагрузки определим:

1. Коэффициент полезного действия трансформатора

2. Коэффициент мощности трансформатора

3. Относительное значение напряжения вторичной обмотки

где U₂₀ – напряжение на вторичной обмотке в режиме холостого хода.

4. Относительное значение потребляемой мощности

5. Относительное значение тока вторичной обмотки

Примечание. В формулах пп. 4 и 5 номинальными значениями Р_1н, I_2н являются результаты этих величин 4-го опыта (см. табл. 2).

По измеренным и расчетным данным в единой координатной системе строится внешняя характеристика U₂*(I₂*) и нагрузочные характеристики Р₁*(I₂*), η(I₂*), cosφ₁(I₂*) трансформатора.

Самостоятельно делаются выводы о проведенной работе, отмечаются характерные особенности снятых параметров и характеристик трансформатора

Составляется и надлежащим образом оформляется отчет по данной лабораторной работе.

Рис. 2. Внешняя U₂*(I₂*) и нагрузочные Р₁*, η, cosφ₁(I₂*) характеристики трансформатора