ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. Т. КАЛАШНИКОВА»

КАФЕДРА «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА»

ФАКУЛЬТЕТ «ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ»

Отчёт по лабораторной работе №7

«Исследование однофазного трансформатора»

Выполнил: Нарина Е.М.

студент группы 5-84-1.

Проверил: Хафизова Н. Ф.

старший преподаватель.

Ижевск 2012.

Цель работы:

1. Изучить устройство, принцип работы трансформатора.

2. Определить коэффициент трансформации и напряжение короткого замыкания трансформатора.

3. Построить внешние характеристики трансформатора при различных нагрузках (активной, активно-индуктивной, емкостной).

4. Определить параметры схемы замещения трансформатора.

Ход работы:

Таблица 1. Технические характеристики приборов

№	Наименование и тип прибора	Система	Класс точности	Род тока	Предел измерений	Цена деления
1	Амперметр		1,5		1 А	0,05А
2	Вольтметр		1,5		150 В	5 В
3	Вольтметр		1,5		250 В	10 В
4	Ваттметр		1,5		100 Вт	5 Вт

1. Исследование однофазного трансформатора в режиме холостого хода и нагрузки.

Рис.1 Схема стенда однофазного трансформатора.

Результаты исследования однофазного трансформатора представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты исследования трансформатора

	Измерено					Вычислено
	U1, B	I1, А	P1,Вт	U2,В	I2,A	cosφ1	cosφ2	P2, Вт	β	η,%	ΔU %	Режим
1	220	0,35	25	80	0	0,325	-	0	0	0	15,79	холостой ход
2	220	0,48	50	80	0,2	0,473	1	16	0,240	46,53	15,79	активная нагрузка
3	220	0,62	68	75	0,42	0,499	1	31,5	0,504	62,89	21,053
4	220	0,7	81	70	0,58	0,526	1	39,76	0,675	68,14	25,26
5	220	0,34	27	81	0	0,361	-	0	0	0	14,737	Активно- индуктивная нагрузка
6	220	0,55	28	70	0,26	0,231	0,037	0,673	0,313	3,974	26,316
7	220	0,62	29	63	0,45	0,212	0,071	2,013	0,542	11,39	33,684
8	220	0,25	30	89	0,19	0,545	0	0	0,229	0	6,316	емкостная нагрузка
9	220	0,26	34	98	0,42	0,618	0	0	0,506	0	-3,158
10	220	0,38	41	109	0,75	0,49	0	0	0,904	0	-14,74

Вывод:

1. В режиме активной нагрузки ток в первичной обмотке увеличивается, потребляемая мощность также увеличивается; ток во вторичной обмотке увеличивается, а напряжение, наоборот, уменьшается;

2. При активно-индуктивной нагрузке ток в первичной обмотке увеличивается, потребляемая мощность также увеличивается; ток во вторичной обмотке увеличивается, а напряжение уменьшается;

3. В режиме емкостной нагрузки ток в первичной обмотке увеличивается, потребляемая мощность при этом увеличивается; во вторичной обмотке ток увеличивается, напряжение тоже увеличивается.

U_1н = 220 B; U_2н = 120 В; S_1н = S_2н =100 B∙A; R_к = 10 Oм

В режиме холостого хода определяется коэффициент трансформации К:

, (1)

где U_1н – первичное номинальное напряжение (U_1н = 220 В),

U_2х – вторичное напряжение при опыте холостого хода (U_2х = 95 В).

По данным таблицы 2 рассчитываются параметры трансформатора cos φ₁, cos φ₂, P₂, η, ΔU, β:

1.1. Расчетные формулы:

(2)

₍₃₎

, (4)

где S_ном – номинальная мощность трансформатора (S_ном = 100 BA),

P_х – активная мощность при опыте холостого хода (P_х = 27 Вт),

P_к – активная мощность при опыте короткого замыкания (P_к = 10 Вт).

, (5)

где . (6)

, (7)

где U_2х – вторичное напряжение при опыте холостого хода (U_2х = 95 В).

1.2. Расчеты:

2) cos φ₁ =

cos φ₂ = 1

P₂ = 0,2 А ∙ 80 В ∙ 1 ≈ 16 Вт

β =

η =

ΔU =

3) cos φ₁ =

cos φ₂ = 1

P₂ = 0,42 А ∙ 75 В ∙ 1 ≈ 31,5 Вт

β =

η =

ΔU =

4) cos φ₁ =

cos φ₂ = 1

P₂ = 0,56 А ∙ 71 В ∙ 1 ≈ 39,76 Вт

β =

η =

ΔU =

5) cos φ₁ =

cos φ₂ =

P₂ = 0 Вт

β =

η = 0

ΔU =

6) cos φ₁ =

cos φ₂ =

P₂ = 0,26 А ∙ 70 В ∙ 0,037 ≈ 0,673 Вт

β =

η =

ΔU =

7) cos φ₁ =

cos φ₂ =

P₂ = 0,45 А ∙ 63 В ∙ 0,071 ≈ 2,013 Вт

β =

η =

ΔU =

8) cos φ₁ =

cos φ₂ = 0

P₂ = 0,19 А ∙ 89 В ∙ 0 ≈ 0 Вт

β =

η =

ΔU =

9) cos φ₁ =

cos φ₂ = 0

P₂ = 0,42 А ∙ 98 В ∙ 0 ≈ 0 Вт

β =

η =

ΔU =

10) cos φ₁ =

cos φ₂ = 0

P₂ = 0,75 А ∙ 109 В ∙ 0 ≈ 0 Вт

β =

η =

ΔU =

Построим в общей системе координат характеристики трансформатора при активной нагрузке в функции вторичного тока:

I₁ = f (I₂), cos φ₁ = f (I₂), η (I₂) при U₁ = U_1н = const

Рис. 2. График зависимости тока вторичной обмотки от параметров трансформатора

Построим в общей системе координат внешние характеристики трансформатора при различных нагрузках:

U₂ = f (I₂) или U₂ = f (β)

Рис. 3 График зависимости тока вторичной обмотки и напряжения обмотки при нагрузках трансформатора

2. Опыт короткого замыкания.

Ток короткого замыкания I2 равен IН1

I_к = I_1н = (8)

Таблица 3. Результаты исследование однофазного трансформатора в режиме короткого замыкания

Напряжение Uk , В	Ток A I , А	Активная мощность P , Вт
61	0,45	7

Вывод: В режиме короткого замыкания появляется незначительное напряжение и не значительное активное напряжение, тогда когда ток примерно такой же как и при активной нагрузке.

Рис. 4 Г-образная схема замещения трансформатора.

Рассчитаем параметры Г-образной схемы замещения трансформатора

(9)

(10)

(11)

(12)

Таблица 4. Результаты расчета Г-образной схемы замещения трансформатора

Rx , Ом	Xx , Ом	Rk , Ом	Xk , Ом
220,408	588,66	34,57	131,07

Вывод: Сопротивление холостого хода значительно больше сопротивления короткого замыкания.

Вывод:

В ходе выполнения лабораторной работы я изучил устройство и принцип действия однофазного трансформатора. По результатам исследования я построил вольтамперную характеристику. Определил коэффициент трансформации К=2,75 и напряжение короткого замыкания трансформатора U_k=61 В. Так же мною были построены графики отображающие внешние характеристики трансформатора при различных нагрузках: активной, активно-индуктивной, ёмкостной и определены параметры схемы замещения трансформатора.

Теория:

1. Как устроен трансформатор?

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования посредством магнитного потока электри­ческой энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения при неизменной частоте.

Электромагнитная схема трансформатора (а) и условные графические обо­значения трансформатора (б, в) изображены на рис.1. На замкнутом магнитопроводе, набранном из листов электротехнической стали, расположены две обмотки. Первичная обмотка с числом витков W_x подключается к источнику электрической энергии с напряжением U. Вторичная обмотка с числом витков W₂ подключается к нагрузке.

2. От чего зависят ЭДС обмоток трансформатора и каково их назначение?

П од действием подведённого переменного напряжения U₁ в первичной об­мотке возникает ток i₁ и появляется изменяющийся магнитный поток Ф. Этот поток индуцирует ЭДС е₁ и е₂ в обмотках трансформатора:

ЭДС е₁ уравновешивает основную часть напряжения источника U₁ , ЭДС е₂ создает напряжение U₂ на выходных зажимах трансформатора.

3. В каких случаях трансформатор называют повышающим и в каком - по­нижающим?

• Понижающий трансформатор – трансформатор, который уменьшает напряжение (К>1).

• Повышающий трансформатор – трансформатор, который увеличивает напряжение (К<1).

4. Что называют коэффициентом трансформации?

Коэффициент трансформации - отношение действующих напряжений на концах первичной и вторичной обмоток при разомкнутой цепи вторичной обмотках (холостом ходе трансформатора). K=W₁/W₂=e₁/e₂.

Для трансформатора, работающего в режиме холостого хода, с достаточной для практики точность можно считать, что .

5. Какие вы знаете номинальные параметры трансформатора и что они определяют?

Номинальная мощность – это номинальная мощность каждой из обмоток трансформатора. Номинальный ток, напряжение обмоток. Внешняя характеристика – это зависимость напряжения на выводах трансформатора от тока, протекающего через нагрузку, подключенную к этим выводам, т.е. зависимость U2=f(I2) при U1=const. Нагрузка определяется коэффициентом нагрузки Kн=I2/I2ном ≈ I1/I1ном, КПД - η = P2/P1

6. Как определить номинальные токи обмоток трансформатора, если известна номинальная мощность трансформатора?

Номинальная мощность двухобмоточного трансформатора – это номинальная мощность каждой из обмоток трансформатора.

Уравнение номинальной мощности: S_H=U1 * I1 ≈ U2 * I2

I1 = S_H/U1 ; I2 = S_H/U2

7. Что называют внешней характеристикой трансформатора и как ее получить?

Внешняя характеристика – это зависимость напряжения на выводах трансформатора от тока, протекающего через нагрузку, подключенную к этим выводам, т.е. зависимость U₂=f(I₂) при U₁=const. При изменении нагрузки (тока I₂) вторичное напряжение трансформатора изменяется. Это объясняется изменением падения напряжения на сопротивлении вторичной обмотки I₂'z₂ и изменением ЭДС E₂'=E₁ за счет изменения падения напряжения на сопротивлении первичной обмотки.

Уравнения равновесия ЭДС и напряжений принимают вид:

Ù₁= –È₁ + Ì₁'z₁,    Ù₂'=È₂ – Ì₂'z₂' (1)

Значение нагрузки в трансформаторах определяют коэффициентом нагрузки:

K _н=I₂/I_2ном ≈ I₁/I_1ном;

Характер нагрузки – углом сдвига по фазе вторичных напряжения и тока. На практике часто пользуются формулой

U₂= U₂₀(1 - Δu/100),

Δu=K_н(u_каcosφ₂ + u_крsinφ₂)

u_ка= 100% I_1ном (R₁ - R₂')/U_1ном

u_ка= 100% I_1ном (X₁ - X₂')/U_1ном