4. Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

а) цель работы;

б) технические данные электроизмерительных приборов;

в) схему эксперимента с включенными измерительными приборами;

г) таблицы с результатами эксперимента;

д) векторные диаграммы для всех проведенных опытов;

е) выводы по работе.

5. Контрольные вопросы

1. Каким образом три однофазных потребителя соединяют в треугольник?

2. Куда следует подключать вольтметр, чтобы измерить фазное и линейное напряжения трехфазного потребителя?

3. В каком соотношении находятся фазные и линейные напряжения симметричного потребителя, соединенного в треугольник?

4. Какое соотношение между фазными и линейными токами симметричного потребителя, соединенного в треугольник?

5. Всегда ли справедливы при соединении в треугольник соотношения .

6. Всегда ли при соединении в треугольник справедливо соотношение .

7. Как отразится отключение одной фазы потребителя на режим работы других фаз и на режим работы всей трехфазной цепи, соединенной в треугольник?

Лабораторная работа № 7. ИЗУЧЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА.

1. Цель работы

Ознакомиться с назначением и основными характеристиками однофазного трансформатора, работой трансформатора при различном характере нагрузки.

2. Пояснения к работе

Трансформатор − статическое электромагнитное устройство, имеющее две или больше индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. С помощью трансформаторов понижается или повышается напряжение, изменяется число фаз, в некоторых случаях преобразуется частота переменного тока. Электрическая мощность при этом остается почти неизменной. В зависимости от соотношения номинальных напряжений у трансформатора различают обмотку высшего напряжения и обмотку низшего напряжения.

Отношение ЭДС первичной обмотки трансформатора к ЭДС вторичной его обмотки, равное отношению соответствующих чисел витков обмоток, является коэффициентом трансформации трансформатора

. (1)

Если , то трансформатор − повышающий, при − понижающий.

В зависимости от нагрузки трансформатора возможны различные режимы его работы. В режиме холостого хода вторичная обмотка трансформатора разомкнута, в режиме короткого замыкания – замкнута накоротко; нагрузочный режим характеризуется конечными значениями нагрузочного сопротивления. Для определения параметров, характеризующих работу трансформатора, и эксплуатационных характеристик трансформатора в лабораторных условиях и при заводских испытаниях проводят опыты холостого хода и короткого замыкания.

Холостым ходом трансформатора называют режим, когда его вторичная обмотка разомкнута, ток в ней (нагрузка отсутствует).

Опыт холостого хода. Опыт проводят при питании первичной
обмотки трансформатора номинальным напряжением и отсутствии приемника, подключаемого к зажимам вторичной обмотки (рис.1).

Рис. 1

В результате этого ток во вторичной обмотке оказывается равным нулю , в то время как в цепи первичной обмотки трансформатора протекает ток холостого хода , значение которого обычно невелико и составляет 2,5−10 % от номинального значения тока в первичной обмотке , т.е. _. Кроме того, при разомкнутой цепи вторичной обмотки всегда . Поэтому коэффициент трансформации можно определить

. (2)

Мощность , потребляемая трансформатором в режиме холостого хода, идет в основном на нагрев стали сердечника (из-за гистерезиса и вихревых токов). В этом режиме активная мощность, потребляемая трансформатором из сети, представляет собой мощность потерь в магнитопроводе. Мощность потерь в магнитопроводе эквивалентна мощности потерь в сопротивлении (рис. 4) при токе , т.е.

. (3)

Ток и мощность потерь энергии холостого хода являются важными эксплуатационными параметрами трансформатора. Их указывают в паспортных данных трансформатора (ток холостого хода − в процентах от номинального тока первичной обмотки, а потери холостого хода − в ваттах). По значению этих параметров можно судить о качестве стали магнитопровода и качестве его сборки.

В данном опыте также определяют коэффициент мощности холостого хода

. (4)

Режимом короткого замыкания трансформатора называют такой режим, когда выводы вторичной обмотки замкнуты проводом с сопротивлением, равным нулю ( ). Короткое замыкание трансформатора в условиях эксплуатации создает аварийный режим, так как вторичный ток, а следовательно, и первичный увеличиваются в несколько раз по сравнению с номинальным. Поэтому в цепях с трансформаторами предусматривают защиту, которая при коротком замыкании автоматически отключает трансформатор.

Опыт короткого замыкания. Опыт проводится при понижении первичного напряжения трансформатора до величины , при которой токи в обмотках равны номинальным (рис. 2).

Рис. 2

Это напряжение обычно выражают в процентах от номинального напряжения и обозначают и указывают в паспорте трансформатора и в каталогах на трансформаторы. Величина позволяет рассчитать ток короткого замыкания трансформатора в условиях эксплуатации. В этих условиях короткое замыкание является аварийным режимом. Установившееся значение тока короткого замыкания в первичной обмотке можно найти

. (5)

При опыте короткого замыкания потери в стали на гистерезис незначительны и ими пренебрегают. Мощность − это мощность потерь энергии, затрачиваемой на нагрев обмоток трансформатора. Поэтому можно считать, что мощность соответствует электрическим потерям в обмотках трансформатора. Ее называют электрическими потерями или потерями короткого замыкания и она эквивалентна мощности потерь в сопротивлении (рис.1) при токе , т.е.

. (6)

Режим нагрузки или рабочий режим трансформатора соответствует случаю, когда первичная обмотка включена на номинальное первичное напряжение, а ко вторичной подключен приемник (нагрузочное устройство).

Так как первичная и вторичная обмотки трансформатора электрически не соединены, электрическая мощность из первичной обмотки во вторичную обмотку передается при помощи магнитного потока, замыкающегося по магнитопроводу (сердечнику) трансформатора. Полная номинальная мощность трансформатора обычно определяется как

, (7)

где − соответственно номинальное напряжение на первичной и вторичной обмотках трансформатора; − соответственно номинальный первичный и вторичный ток трансформатора.

Мощность, потребляемая трансформатором, больше мощности, отдаваемой трансформатором потребителю, на величину потерь в самом трансформаторе. Потери мощности в обмотках и сердечнике трансформатора невелики.

Коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора представляет отношение активных мощностей, т.е. отдаваемой трансформатором (полезной) к мощности, потребляемой из сети (затраченной)

. (8)

Активная мощность на выходе трансформатора

.

Высокие значения КПД трансформаторов не позволяют определять его с достаточной степенью точности прямым методом. Рекомендуется определять КПД трансформаторов косвенным методом, по которому мощность выражается через мощность и потери, получаемые из опытов холостого хода и короткого замыкания по формуле

, (9)

где − потери в стали трансформатора, равные мощности, потребляемой трансформатором при холостом ходе и номинальном первичном напряжении, Вт; − электрические потери в обмотках трансформатора, равные мощности, потребляемой трансформатором при опыте короткого замыкания, Вт; − коэффициент нагрузки трансформатора; − номинальная мощность трансформатора, В·А; − коэффициент мощности приемника.

Коэффициент нагрузки трансформатора

, (10)

где − ток нагрузки при номинальном первичном токе .

Для трансформатора очень важной является его внешняя характеристика, т.е. зависимость вторичного напряжения от тока нагрузки при фиксированном напряжении. С увеличением тока нагрузки от холостого хода до номинального значения напряжение на зажимах вторичной обмотки понижается из-за увеличения падения напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора. Это иллюстрирует внешняя характеристика трансформатора при , и (рис.3).

Рис. 3

Наклон внешней характеристики зависит от коэффициента мощности потребителя (характера потребителя). При этом увеличивается и ток, потребляемый трансформатором из сети, а общий магнитный поток в сердечнике трансформатора остается практически постоянным. Внешние характеристики позволяют определить изменение вторичного напряжения, представляющее арифметическую разность между номинальным напряжением на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе и напряжением на тех же зажимах при нагрузке. Изменение вторичного напряжения определяют обычно в процентах

. (11)

Работа трансформатора описывается также рабочими характеристиками, к которым относятся зависимости при . Рабочие характеристики снимаются для выбора оптимальной зоны работы трансформатора.

При расчете электрических цепей с трансформаторами их чаще всего заменяют Т- или Г-образной схемой замещения, приведенной к первичной или вторичной стороне. Параметры простейшей Г-образной схемы замещения трансформатора (рис. 4) легко определяются по результатам опытов холостого хода и короткого замыкания трансформатора.

Рис. 4

Параметры схемы замещения трансформатора по результатам опыта холостого хода трансформатора определяют

,

,

.

Параметры схемы замещения трансформатора по результатам опыта короткого замыкания трансформатора определяют

,

,

.

В данной работе исследуется понижающий трансформатор типа BVEI 481 1119 230 В/12 В, который одновременно в таком же соотношении увеличивает силу тока

.