Лабораторная работа №3 Регулирование напряжения на первичной обмотке трансформатора.

Цель работы:

Анализ характера изменений падений напряжения в обмотках трансформатора при регулировании, установление преимуществ и недостатков при регулировании на первичной и вторичных обмотках трансформатора, определение мощности обмоток трансформатора.

Краткие теоретические сведения. Расчетные выражения.

Регулирование напряжения на первичной обмотке трансформатора не может осуществляться простым изменением ступеней на первичной обмотке, т.к. повышение напряжения на выходе трансформатора (рис. 3.1, а) должно сопровождаться уменьшением числа витков первичной обмотки, подключенной к питающему напряжению. В этом случае на всей первичной обмотке появится напряжение во много раз превышающее напряжение питающей сет что недопустимо из-за необходимости существенного увеличение установленной мощности этой обмотки.

Поэтому при регулировании на первичной обмотке трансформатора применяют регулировочный автотрансформатор. Регулировочный автотрансформатор может быть выполнен на отдельном сердечнике или в виде дополнительной обмотки на сердечнике основного трансформатора, что приводит к необходимости применения трехстержневого трансформатора (рис. 3.1,б).

На среднем стержне в этом случае располагают обмотки высокого и низкого напряжения. Один из крайних стержней свободен, а на другом расположена регулировочная обмотка, подключаемая к питающей сети и имеющая ряд выводов для ступенчатого регулирования напряжения на обмотке высокого напряжения.

Для идеального трансформатора - трансформатора без потерь - коэффициент трансформации

(3.1)

является произведением двух коэффициентов трансформации: регулировочного k₁ и нерегулируемого трансформатора k₂.

Из условия равенства намагничивающих сил по стержням трансформатора следует

(3.2)

(3.3)

А на основании 1 закона Кирхгофа

(3.4)

а ) б)

Рис. 3.1. Регулирование напряжения на первичной обмотке

а) двухобмоточный трансформатор;

б) трехстержневой трансформатор.

Совместное решение приведенных выражений позволит выразить ток обмотки высокого напряжения, а также токи регулировочной обмотки через ток нагрузки

(3.5)

(3.6)

(3.7)

На рис 3.2. представлено подключение обмотки высокого напряжения к одному из выводов регулировочной обмотки.

Обозначив через степень регулирования С_р отношение текущего напряжения на нагрузке к номинальному (максимальному)

Рис. 3.2. Схема стенда при регулировании напряжения на первичной обмотке трансформатора.

(3.8)

приходим к выводу, что при неизменном токе нагрузки при регулировании напряжения ток обмотки высокого напряжения остается постоянным, в то время как токи I₁ и I₂ регулировочной обмотки изменяются по линейным характеристикам.

Так как коэффициент трансформации k₂ в процессе регулирования не меняется, то сопротивление обмотки высокого напряжения, приведенное ко вторичной также не меняется и определяется через неизменный коэффициент трансформации k₂.

(3.9)

Активные сопротивления отдельных секций регулировочной обмотки пропорциональны числу их витков и следующим образом выражаются через ее сопротивление:

(3.10)

(3.11)

Опуская преобразования по приведению параметров сопротивления регулировочной обмотки к обмотке низкого напряжения, получим:

(3.12)

Таким образом, суммарное активное сопротивление всех обмоток трансформатора, приведенное к обмотке низкого напряжения определяется по выражению:

(3.13)

На рис 3.3. приведена диаграмма токов и напряжений трансформатора при активной нагрузке. Здесь U_ho и U_h соответственно напряжение на нагрузке при холостом ходе и при работе трансформатора на активную нагрузку.

Исходя из векторной диаграммы, можно определить суммарное падение напряжения на индуктивных сопротивлениях трансформатора:

(3.14)

Полное падение напряжения на обмотках трансформатора можно определить по формуле

(3.15)

Рис. 3.3. Упрощенная векторная диаграмма напряжений.

Потеря напряжения на нагрузке при работающем трансформаторе:

(3.16)

В завершение приведем теоретические выражения для определения параметров сопротивлений трансформатора в зависимости от степени регулирования.

Параметры приведены в относительных величинах, причем в качестве базисных приняты активные и индуктивные сопротивления трансформатора при максимальном напряжении, подводимом к нагрузке:

(3.17)

(3.18)

Порядок выполнения работы.

1. Изучить и зарисовать схемы при регулировании напряжения на первичной обмотке. Секции вторичной обмотки включить согласно.

2. По выражениям (3.17-3.18) построить диаграммы изменения текущих параметров сопротивлений трансформатора в зависимости от степени регулирования. Объяснить причины изменения характеристик.

3. Произвести измерение активных сопротивлений регулировочной обмотки и обмоток высокого и низкого напряжения.

4. Собрать схему регулирования напряжения на первичной обмотке трансформатора (рис. 3.2) и после проверки ее преподавателем провести необходимые измерения для заполнения таблицы 3.1.

Для определения текущих параметров при регулировании измерения проводить, подключая обмотку высокого напряжения к различным выводам регулировочной обмотки в режимах холостого хода и при работе трансформатора на нагрузку.

5. Сравнить полученные результаты измерений активных сопротивлений обмоток трансформатора с теоретическими, полученными по выражению (3 17).

6. Сравнить величины падений напряжения на обмотках трансформатора с потерей напряжения на нагрузке.

Определение падений напряжения на обмотках трансформатора

Таблица 3.1

Cр

w1

w2

k1

Uно В

Uн В

U В

I1 А

I2 А

r'р Ом

rтр Ом

Iнrтр В

Uн+Iнrтр В

Iнxтр В

Iнzтр В

1 0,75 0,5 0,25 0

Постоянные величины

r_р =

r_в =

r_н =

r_нагр =

r₂ =

r'_в =