ВСТУП

Трансформатори призначені для перетворення електричної енергії з одними параметрами на електричну енергію з іншими параметрами. В теперішній час існує велика різноманітність видів трансформаторів, але їх принцип дії однаковий та базується на законі електромагнітної індукції, відкритому М.Фарадеєм в 1831 році. Одночасно з цим законом з’явились перші схематичні зображення трансформаторів в роботах М. Фарадея та Дж. Генрі. Перші прилади, що принципово відтворили трансформатори з замкненими осердями, були створені в Англії в 1844 році братами винахідниками Дж. Гопкінсоном та Е. Гопкінсоном. Першим прообразом трансформатора була індукційна котушка Г. Румкорфа, винайдена в 1848 році. Датою народження трансформатора вважається 30 листопада 1876 року, коли російським фізиком П.М.Яблочковим було отримано патент на трансформатор з розімкненим осердям. Перший трифазний трансформатор був запропонований російським електротехніком М.О. Доліво–Добровольським в 1889 році. З появою трансформаторів виникає технічна зацікавленість до змінного струму.

Початком промислового виробництва трансформаторів вважається 1885 рік. В цей час угорська компанія «Ganz and Company» розпочала випуск трансформаторів з тороїдальним осердям для паралельного підключення освітлювальних ламп до джерел живлення. Того ж року компанія Вестингауза за пропозицією інженера У. Стенлі почала випускати трансформатори з Ш-подібним осердям.

В СРСР виробництво силових трансформаторів існувало з 1928 року, коли почав роботу Московський трансформаторний завод. Після другої світової війни були побудовані Запорізький трансформаторний завод та Тольятінський електротехнічний завод, де в теперішній час зосереджене виробництво силових трансформаторів великих та надвеликих потужностей для енергетики.

Метою даної методичної розробки є забезпечення низки лабораторних робіт щодо експериментального дослідження силових трансформаторів.

Виконання лабораторних робіт спрямовано на набуття студентами практичних навичок роботи з силовими трансформаторами, а саме, експериментальне визначення параметрів та експлуатаційних характеристик в симетричних та несиметричних режимах роботи, полярності трифазних трансформаторів, засвоєння порядку підключення трансформаторів на паралельну роботу тощо.

До лабораторного практикуму ввійшли такі лабораторні роботи:

1. Дослідження однофазного трансформатора.

2. Дослідження трифазного двообмоткового трансформатора.

3. Визначення полярності трифазного тристрижньового трансформатора.

4. Паралельна робота трифазних двообмоткових трансформаторів.

5. Дослідження несиметричних режимів роботи трансформатора.

6. Дослідження несиметричного усталеного короткого замикання трансформатора.

У додатку А надані загальні теоретичні положення щодо силових трансформаторів, які допоможуть студентам при підготовці до лабораторних робіт, їх виконанні та розрахунковій обробці даних, отриманих під час дослідів. Більш повну інформацію про трансформатори при початковому вивченні можна знайти у [1, 2], при більш глибокому вивченні – у джерелах [3, 4, 5, 6, 7]. Основними нормативними документами, що регламентують вимоги до трансформаторів, є [9, 10, 11].

Окрім того, у додатках Б, В і Г наводяться правила техніки безпеки при виконанні лабораторних робіт, загальні правила щодо підготовки та порядку виконання лабораторних робіт, а також правила оформлення і зміст звіту з цих робіт.

У цьому виданні застосована оновлена система літерних позначень величин та параметрів, які необхідні для теоретичного опису стану та процесів у трансформаторах. Ця система орієнтована на Державні стандарти України (ДСТУ). Вона подана повністю у [8] та введена в дію на кафедрі електричних машин НТУ «ХПІ» з 2007 року.

Лабораторна робота 1 дослідження однофазного трансформатора

1.1 Мета роботи

Метою лабораторної роботи є отримання первинних навичок експериментальної роботи з трансформаторами на прикладі найпростішого їхнього варіанту – однофазного двообмоткового трансформатора – шляхом виконання на ньому типових досліджень.

1.2 Завдання щодо проведення лабораторної роботи

У експериментальній частині роботи виконуються такі завдання:

• дослід неробочого ходу трансформатора при номінальній первинній напрузі;

• дослід короткого замикання трансформатора при номінальному первинному струмі;

• дослід навантаження трансформатора при номінальній первинній напрузі зі зняттям його робочих характеристик у діапазоні від неробочого ходу до рівня, перевищуючого номінальний на 10 %.

У результаті теоретичної підготовки та проведення роботи студент повинен знати:

• будову та принцип дії трансформатора, а також процеси, що супроводжують його роботу в режимах неробочого ходу, короткого замикання та навантаження;

• вихідні умови та порядок проведення дослідів неробочого ходу, короткого замикання та навантаження;

• параметри трансформатора, які отримують експериментально та подальшими розрахунками на основі виконаних дослідів неробочого ходу та короткого замикання;

• склад і вигляд робочих характеристик трансформатора та порядок їхнього зняття та супутніх розрахунків.

1.3 Теоретичні положення

Основою експериментального дослідження трансформатора є його такі номінальні параметри: – повна номінальна потужність; – номінальні напруги обмоток вищої напруги (ВН) і нижчої напруги (НН); – номінальні струми обмоток ВН і НН; – частота; – кількість фаз. Основні теоретичні положення, що стосуються принципу дії однофазних трансформаторів, наведені в розд.А.2.

Дослідження властивостей однофазних трансформаторів, що споживають невелику потужність, проводяться методом безпосереднього навантаження.

При типовому дослідженні однофазного трансформатора проводяться три досліди: дослід неробочого ходу, дослід короткого замикання, дослід навантаження.

Фізичні процеси, що виникають при режимах неробочого ходу, короткого замикання та навантаження, наведені в розд. А.6, А.7.

1. Дослід неробочого ходу відбувається, коли навантаження відсутнє, тобто вторинна обмотка розімкнена. Якщо на первинну обмотку подається напруга неробочого ходу , яка дорівнює номінальній напрузі первинної обмотки , тоді виміряна вторинна напруга неробочого ходу вважається номінальною напругою вторинної обмотки . При виконанні досліду неробочого ходу визначається коефіцієнт трансформації напруг з урахуванням вимог, наведених у розд. А.2:

. (1.1)

2. Дослід короткого замикання відбувається, коли вторинна обмотка замкнена сама на себе. Дослідне коротке замикання відрізняється від режиму аварійного короткого замикання, оскільки проводиться при зниженій первинній напрузі. Якщо на первинну обмотку подається така напруга короткого замикання , при якій струм первинної обмотки дорівнюватиме номінальному , виміряний вторинний струм вважається номінальним струмом вторинної обмотки .

У результаті визначається коефіцієнт трансформації струмів:

, (1.2)

якій повинен дорівнювати значенню , де визначається за (1.1).

3. Дослід навантаження відбувається, коли до затискачів вторинної обмотки підключене будь–яке навантаження, що характеризується комплексним опором , де кут визначається характером навантаження. Трансформатор живиться номінальною напругою . Навантаження регулюється в таких межах, щоб струм вторинної обмотки , який є одночасно й струмом навантаження, змінювався від нуля (режим неробочого ходу) до номінального значення або декілька вище – зазвичай на 10…20 % вище номінального. Для поєднання даних досліду навантаження у єдину систему бажано при змінюванні повного опору зберігати його характер, тобто аргумент . Це легко забезпечити, якщо за навантаження взяти реостат, який характеризується тільки активним опором і, відповідно, має незмінний аргумент .

При кожному значенні вимірюються або розраховуються для трансформатора вхідна активна потужність , первинний струм , вторинна напруга , коефіцієнт потужності трансформатора , вихідна активна потужність , ККД .