Однофазный трансформатор

Казань 2011

Указания по технике безопасности

Перед выполнением лабораторных работ со студентами проводится инструктаж по технике безопасности, о чем каждый студент расписывается в специальном журнале.

ПЛАН ОФОРМЛЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Номер и название лабораторной работы

2. Цель работы

3. Экспериментальная часть (таблицы, графики, расчеты, выводы)

4. Расчетная часть (выполняется дома)

5. Контрольные вопросы

6. Ответы на контрольные вопросы

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью настоящей работы является изучение конструкции, принципа действия и режимов работы однофазного трансформатора, а также опытное определение его основных характеристик.

РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ.

На основе изучения конструкции трансформатора, проведения экспериментов и обработки результатов исследований каждый студент должен:

- определить параметры схемы замещения по данным опытов холостого хода (ХХ) и короткого замыкания (КЗ);

- построить характеристики ХХ, КЗ и номинального рабочего режима;

- рассчитать коэффициент полезного действия исследуемого трансформатора.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Включение стенда производится пакетным выключателем.

Работа выполняется на лабораторном стенде, который включает в себя автотрансформатор АТр, исследуемый однофазный трансформатор и нагрузку.

Измерение напряжения на зажимах первичной и вторичной обмоток, измерение токов в первичной и вторичных цепях, измерение мощности в первичной обмотке и полезной мощности, поступающей в нагрузку, осуществляется двумя комплексами К-50.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

Записать в отчете паспортные данные исследуемого трансформатора и технические характеристики измерительных приборов.

Ознакомиться с конструкцией испытуемого трансформатора, а также со всем оборудованием рабочего места.

Паспортные данные исследуемого трансформатора:

I_1Н = 0, 5 А

U_1Н = 220 В

S_1Н = 110 ВА

S_С = 2, 1 × 4, 5 ∙ 10^{- 4 м 2}

ω ₁ = 700

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ.

Опыт 1. Опыт холостого хода.

1. Собрать электромагнитную цепь в соответствии со схемой (см рис. 1)

2. При проведении опыта следует снимать характеристики в пределах U₁ =100 ÷ 210

3. Определить коэффициент трансформации К, коэффициент мощности cosφ ₀, параметры схемы замещения трансформатора R₀, X₀, Z₀ при U₁ = U_1Х. Рассчитать индукцию B_C в стержне трансформатора при напряжении U_1Х. Экспериментальные и расчетные данные занести в табл. 1. Обработку результатов эксперимента производить по формулам, приведенным в соответствующем разделе настоящей лабораторной работы.

4. Используя полученные данные, построить характеристики ХХ. (на милиметровой бумаге)

1. P_1X = ƒ (U_1X/ U_1H )

2. I_1X = ƒ (U_1X/ U_1H )

Рисунок 1

Таблица 1.

k – коэффициент трансформации;

cos φ ₀– коэффициент мощности;

R₀, Z₀, X₀ - параметры схемы замещения трансформатора для режима ХХ, Ом;

B_C – магнитная индукция в стержне сердечника трансформатора, Тл

5. Сделать вывод.

Опыт 2. Опыт КЗ

1. Собрать электромагнитную цепь в соответствии со схемой (см. рис. 2)

2. Предварительно снизить первичное напряжение до нуля при помощи лабораторного автотрансформатора.

При проведении опыта следует снимать характеристики в пределах I₁ = (0, 5 ÷ 1, 25) I_1Н

3. Определить напряжение КЗ U_1K. Определить потери КЗ P_1K, параметры трансформатора R_K75, x_К, Z_K75 и коэффициент мощности сosφ _K, приведенные к температуре 75⁰С по формулам из пункта «Обработка результатов измерений». Расчетные и экспериментальные данные занести в табл. 2.

4. Используя полученные данные, построить характеристики КЗ на (милиметровой бумаге)

1. P_к= ƒ (I_1k)

2. сosφ _K = ƒ (I_1k)

5. Сделать вывод.

Рисунок 2.

Таблица 2.

Опыт 3 Определение КПД.

1. Собрать электромагнитную цепь в соответствии со схемой (рис. 3).

2. Установить напряжение U1, заданное преподавателем. Записать показания приборов для 6 положений ползункового реостата.

3. Используя данные опытов ХХ и КЗ, определить КПД трансформатора при U₁ = U_1Н, номинальном токе и cosφ ₂=0, 8.

Рисунок 3.

Таблица 3

Результаты измерений	Результаты вычислений
I1, A	P1, Bт	U2, B	I2, A	P2, Bт	, %	cosφ 1
0, 25
0, 3
0, 35
0, 4
0, 45
0, 5

3. Используя полученные данные, построить характеристики (на милиметровой бумаге)

1. U₂ (I₂) 2. η (P₂) 3. P₂(I₁) 4. cosφ ₁(P₂) 5. P₂(U₂)

4. Сделать вывод.

Обработка результатов эксперимента.

1. С использованием экспериментальных данных рассчитывают параметры ХХ.

Коэффициент мощности трансформатора при ХХ cos φ ₀ определяется выражением

cos φ ₀ = P₀ / (U₀ ∙ I₀)

Коэффициент трансформации

к = U_1X/ U_2X = E_1X / Е_2X = ω _1/ ω ₂

Параметры схемы замещения трансформатора для режима ХХ могут быть найдены по формулам

R₀ = P₀ / I₀²

Z₀ = U₁ / I₀

Индукция в стержне сердечника В_странсформатора может быть найдена из выражения

U₁ ≈ 4, 44 ƒ ∙ ω ₁ ∙ Sc ∙ B_C

ƒ - частота сети, Гц

ω ₁- число витков первичной обмотки;

Sc – сечение стержня, м²

2. Параметры схемы замещения в режиме КЗ могут быть найдены по формулам

, ,

Эти параметры следует привести к температуре 75⁰С:

, ,

Где θ – температура обмоток, при которой найдены значения R_к и Х_к (при холодном трансформаторе θ – температура окружающей среды).

Потери короткого замыкания определяются по формуле

Коэффициент мощности cosφ _k определяется по формуле

Потери короткого замыкания:

u_k=

3. Для коэффициента полезного действия трансформатора, в соответствии с теорией, справедливо выражение:

Где - мощность на первичной обмотке трансформатора,

- мощность трансфороматора при закороченной вторичной обмотке и первичном номинальном токе (берется из табл. 2 при I_1K=0, 5 А);

β - коэффициент загрузки;

сosφ ₂- коэффициент мощности;

Sн – номинальная мощность трансформатора, В·А

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое трансформатор?

2. Опишите устройство трансформатора. Из чего состоит трансформатор?

3. Для чего служит ферромагнитный сердечник трансформатора?

4. Какие бывают трансформаторы?

5. Зарисовать электромагнитную схему трансформатора.

6. Чем объяснить нагрев сердечника трансформатора в режиме холостого хода?

7. С какой целью и при каких условиях проводятся опыты ХХ и КЗ?

8. Почему в режиме КЗ потери в стали трансформатора малы?

9. Чему равен коэффициент мощности трансформатора при ХХ?

10. Формула индукции

11. Как опытным путем определить КПД трансформатора?

12. Чему равен коэффициент трансформации?

13. Как работает трансформатор?

14. Зарисовать эквивалентную схему трансформатора и записать соответствующие формулы.

15. С какой целью проводятся испытания трансформатора в рабочем режиме?

16. На каком законе основан принцип действия трансформатора?

17. От чего зависит ЭДС вторичной обмотки трансформатора?

18. Назовите источники потерь энергии в трансформаторе при холостом ходе.

19. Как рассчитывают приведенные ток, напряжение, ЭДС и сопротивления?

20. Как определяют мощность потерь энергии в сердечнике и обмотках трансформатора?

21. Почему уменьшается напряжение вторичной обмотки трансформатора при увеличении тока нагрузки?

22. Какую зависимость называют внешней характеристикой трансформатора?

23. Как определяется КПД трансформатора и от чего он зависит?

24. При какой нагрузке трансформатор имеет максимальный КПД и как определить эту нагрузку?

25. Как устроен трехфазный трансформатор?

26. Какие способы и группы соединения приняты для трехфазных трансформаторов?

27. Каково назначение измерительных трансформаторов?