2. Режим короткого замыкания

Экспериментальный расчет: Расчет по паспорту:

Активное сопротивление в режиме К.З.

R_к = P_к/I_к² = 12/0,36² = 92,59 Ом R_к = P_к/I_к² = 40/1² = 40 Ом

Полное сопротивление в режиме К.З.

Z_к = U_1к/I_1к = 50/0,36 = 138,89Ом Z_к = U_1к/I_1к = 50/1 = 50 Ом

Индуктивное сопротивление в режиме К.З.

Х_к= = =103,53 Ом Х_к= =30 Ом

Коэффициент мощности cosφ_x

Напряжение короткого замыкания

=32,14% =22,7%

опытное рассчитано с поправочным коэффициентом (0,36/1), т.к. опыт проводился не при номинальном токе в короткозамкнутой цепи.

3. Режим нагрузки

КПД трансформатора в зависимости от коэффициента нагрузки

где: ; cosφ=P/I₂·U₂

Вычислим КПД трансформатора при различных коэффициентах нагрузки (опыты 3 – 8) и результаты расчетов занесем в таблицу.

№ п/п	Опытные данные		Расчетные данные
	I2(PA6, A)	U2(PV­4, B)	β	Cosφ	η
1	0,24	27	0,12	6/(0,24·27)=0,93	0,8
2	0,33	26,5	0,165	12/(0,33·26,5)=1,37	0,89
3	0,41	25	0,205	17/(0,41·25)=1,66	0,92
4	0,46	23,5	0,23	18/(0,46·23,5)=1,67	0,927
5	0,49	23	0,245	19/(0,49·23)=1,69	0,93

Пример расчета η для первой строчки таблицы:

5. Построим график зависимости КПД от коэффициента нагрузки

6. Построим внешнюю характеристику трансформатора U₂=f(I₂)

Построение векторной диаграммы трансформатора в режиме Х.Х.

Откладываем вектор - амплитуда магнитного потока произвольной длины. Строим вектор тока холостого хода ( = 0,18 А) в выбранном произвольном масштабе. Вектор опережает по фазе вектор на угол потерь δ. (δ= arccos (Х_x/Z_x)=arcсos(249,99/311,11)=36,53⁰).

Строим вектор – Ė₁, который опережает вектор на угол 90⁰ (так как Ė_m= - jωw = ωw e^-j90°)

E₁ = U₁ – Z₁I_1к, где Z₁ – полное сопротивление первичной обмотки трансформатора

Z_к = Z₁ + Z₂^/, где Z₂^/ – приведенное сопротивление вторичной обмотки трансформатора к первичной обмотке.

Z₂^/ = Z₁n², где n=2 – коэффициент трансформации

Z_к = Z₁ + Z₂^/ = Z₁(1+n²)

Z₁ = Z_к/(1+n²) = 138,89 /(1+2²) = 27,8 Ом

Е₁ = U₁ – Z₁I_1x = 50 – 27,8·0,18 = 45В

Строим вектор – Ė₂ = ( E₂ = 22,5В)

Строим вектор R₁ по направлению тока

R₁ = R_к/(1+n²) = 92,59 /(1+2²) = 19 Ом, где R₁ – активное сопротивление первичной обмотки трансформатора.

R₁I_1x = 19·0,18 = 3,42В – падение напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки трансформатора.

Строим вектор jX_1рас , который опережает R₁ на угол 90⁰

X_1рас = Ом, где X_1рас – индуктивное сопротивление рассеяния первичной обмотки трансформатора

X_1расI_1x = 20,3·0,18 = 3,65 В – падение напряжения на индуктивном сопротивлении рассеяния обмотки трансформатора.

Строим результирующий вектор напряжения , который равен сумме векторов :

Вывод: При выполнении данной лабораторной работы мы усвоили основные принципы работы однофазного трансформатора, а также его эксплуатационные свойства. Нами были рассмотрены три режима работы трансформатора: режим короткого замыкания, режим холостого хода, режим нагрузки. Произвели все необходимые замеры и сделали вычисления: в режиме ХХ: n=2; R_x.= 185,19 Ом; Z_x =311,11 Ом; Х_х=249,99 Ом;

0,595. В режиме КЗ: R_к =92,59 Ом; Z_к = 138,89 Ом; Х_к=103,53 Ом; 0,66; 32,14%. В режиме нагрузки: β ₁ =0,12; β ₂ =0,165;

β ₃ =0,205; β ₄ =0,23; β ₅ =0,245. η₁ =0,8; η₂ =0,89; η₃ =0,92; η₄ =0,927; η₅=0,93. Cosφ ₁ =0,93; Cosφ ₂ =1,37; Cosφ ₃ =1,66; Cosφ ₄ =1,67; Cosφ ₅=1,69. Cosφ не должен превышать 1, и ошибка в наших расчетах связана с тем, что шкала вольтметра проградуирована. По графику зависимости КПД от нагрузки видно, что при увеличении тока нагрузки увеличивается и значение КПД. А в режиме холостого хода заметно, что с увеличением нагрузки на вторичной обмотке трансформатора вторичное напряжение в ней падает. Рассчитанные параметры трансформатора во всех исследуемых режимах были сравнены с паспортными данными. Некоторые величины отличаются от заданных, что объясняется малой точностью измерительных приборов и человеческим фактором.

Литература:

1. Лабораторные работы по электротехнике и основам электроники. Часть 1 электротехника/ Под. ред. О.А. Бартенева, - Изд. РХД Ижевск, 2005.

2. Электротехника и электроника. Кн. 2. Электрические и магнитные цепи: Под. ред. В.Г. Герасимова. – М.: Энергоатомиздат, 1996. – 288с.: ил.

3. Иванов И.И., Лукин А.Ф., Соловьев Г.И. Электротехика. Основные положения, примеры и задачи. – СПб: Лань, 2002

4. Рекус Г.Г., Белоусов А.И. Сборник задач и упражнений по электротехнике и основам электроники.- М.: Высшая школа, 2001