9.2. Порядок выполнения работы

1. Собрать схему испытания ЭМУ (см. рис. 9.2).

Снять характеристику холостого хода ЭМУ. Результаты свести в табл. 9.1.

Таблица 9.1

Результаты снятия характеристики холостого хода

№ п/п	, mА	, В	, В	Примечание
1 2 3 4 5				Нисходящая ветвь 1
6 7 8 9 10				Восходящая ветвь 2
11 12 13 14 15				Нисходящая ветвь 3
16 17 18 19 20				Восходящая ветвь 4

3. Снять внешние характеристики ЭМУ для нормальной компенсации, пе­рекомпенсации, недокомпенсации. Результаты свести в табл. 9.2.

Таблица 9.2

Опытные данные внешних характеристик

№ п/п	, B	, A	, mA	, B	Примечание
1 2 3 4 5					Нормальная компенсация – среднее положение реостата

Окончание табл. 9.2

№ п/п	, B	, A	, mA	, B	Примечание
1 2 3 4 5					Недокомпенсация
1 2 3 4 5					Перекомпенсация

4. По данным (табл. 9.1 и 9.2) построить характеристики ЭМУ.

5. По данным табл. 9.2 рассчитать коэффициент усиления для опыта нормальной компенсации.

6. Сформулировать краткие выводы.

Рекомендуемая литература: [1, §11.3; 2, §5.12].

Лабораторная работа № 10 исследование однофазного трансформатора

Цель работы: ознакомление с принципом действия и устройством трансформатора; проведение опытов холостого хода и короткого замыкания; снятие и построение внешней характеристики трансформатора.

10.1. Содержание работы

Трансформатор – это статический аппарат, в котором электромагнитным путем производится преобразование энергии переменного тока по напря­жению. Основные части силового трансформатора промышленной час­тоты – это стальной замкнутый сердечник и обмотки, находящиеся на стержнях сердечника: первичная, в которую направляется энергия, и вто­ричная, с которой энергия поступает в нагрузку.

В результате изменения напряжения в трансформаторах осу­ществляется возможность передачи энергии на большие расстояния с относи­тельно малыми потерями и получение необходимых напряжений для лю­бого электротехнического оборудования.

Обычно напряжение переменного тока по пути от генератора несколько раз изменяется в трансформаторах, поэтому чрезвычайную важность при­обретает вопрос максимального сокращения потерь мощности в нем и обеспечения высокого коэффициента полезного действия при различных режимах ра­боты.

Степень преобразования напряжения трансформатором характеризу­ется коэффициентом трансформации, который выражает отношение электродвижущих сил обмоток высокого напряжения к эдс обмоток низшего напряжения, т. е. отношение напряжений при холостом ходе.

Для определения основных параметров и построения характеристик трансформаторы подвергают испытанию. Имеется несколько испытатель­ных режимов.

1. Опыт холостого хода.

Холостым ходом трансформатора называется такой режим его работы, при котором первичная обмотка включена на номинальное напряжение , а вторичная обмотка разомкнута (рис. 10.1).

Рис. 10.1. Опыт холостого хода

Режим холостого хода позволяет опытным путем установить следую­щие характерные для трансформатора величины:

а) коэффициент транс­формации;

б) ток холостого хода;

в) потери мощности в стали.

В первичной обмотке имеется падение напряжения, но оно невелико и составляет менее 0,5 % от , так как ток относительно мал. Поэтому можно считать, что .

Таким образом, измерив вольтметром напряжение на обеих обмотках, легко рассчитать коэффициент трансформации трансформатора: , где и – число витков обмоток.

Мощность определяет затраты энергии в пределах трансформа­тора, которые можно разделить на потери в стальном сердечнике и потери в обмотках. В режиме холостого хода потерь во вторичной обмотке вообще не может быть, а в первичной они малы, так как ток холостого хода относительно невелик.

Можно считать, что приблизительно равна потерям в стали, кроме того считается, что потери в стали независимы от нагрузки трансформа­тора, поскольку магнитный поток при работе трансформатора почти не изме­няется.

Поэтому считается: при любой нагрузке трансформатора.

При холостом ходе .

2. Опыт короткого замыкания.

Потери в обмотках трансформатора определяются с помощью опыта короткого замыкания.

Короткое замыкание трансформатора – испытательный режим, при ко­тором вторичная обмотка замкнута накоротко, а в первичную включено та­кое пониженное напряжение, чтобы ток первичной обмотки был равен но­минальному.

Это напряжение, называемое напряжением короткого замыкания, является одной из постоянных, характеризующих трансформатор; обычно оно составляет 5÷10 % номинального.

Схема опыта короткого замыкания приведена на рис. 10.2.

М

Рис. 10.2. Опыт короткого замыкания

ощность, затраченная при коротком замыкании, почти целиком расходуется на нагревание обмоток трансформатора. Потери в стали будут малы, так как маг­нитный поток при пониженном напряже­нии незначителен.

По мощности потерь при коротком замыкании можно рассчитать потери в обмотках при любой нагрузке трансформатора. Для этого потери при ко­ротком замыкании относят к току только первичной обмотки и некото­рому условному сопротивлению , выражающему пропорциональность между током и мощностью:

, .

Тогда потери в обмотках или потери в меди при любой нагрузке на­ходятся из значения тока первичной обмотки: .

Удобно определять потери в меди, пользуясь коэффициентом загрузки

.

Тогда потери в меди

.

Коэффициент полезного действия трансформатора рассчитывается из соотношения мощностей, приложенных ко вторичной и первичной обмот­кам: .

О

Рис. 10.3. Зависимость кпд трансформатора от нагрузки

днако значения и обычно так близки, что допустимая погреш­ность измерительных приборов может весьма исказить значение кпд. Более точное выражение кпд получают из значений мощности во вторичной обмотке и потерь, определенных из опытов короткого замыка­ния и холостого хода

.

Коэффициент мощности нагруженного трансформатора в основном зависит от коэффи­циента мощности нагрузки. При холостом ходе обычно не превышает 0,20,3.

Зависимость кпд и коэффициент от значения активной нагрузки представлена на рис. 10.3.

Н

Рис. 10.4. Внешняя характеристика трансформатора

апряжение вторичной обмотки несколько изменяется в зависимо­сти от величины нагрузки и – характера нагрузки. Изменение напря­жения во вторичной обмотке определяется величиной – отно­сительной потерей напряжения . Зависи­мость от нагрузки выражается семейством кри­вых – внешних характеристик (рис. 10.4).

При номинальной активной нагрузке значение обычно невелико и не превышает 2–3 %.

3. Рабочий режим.

Рабочий режим – это режим работы трансформатора под нагрузкой. В качестве нагрузки используется ламповый реостат (активная нагрузка).

П

Рис. 10.5. Схема опытного определения числа витков обмоток трансформатора

остепенным увеличением числа включенных ламп доводят нагрузку до номинальной и снимают показания приборов в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

4. На практике часто требуется установить число витков первичной и вторичной обмоток. Для этой цели на стержень трансформатора поверх рабочих обмоток наматывают дополнительную об­мотку из 2÷5 витков (рис. 10.5). Измеряя эдс на выводах дополнительной обмотки, можно определить число витков по следующим вы­ражениям:

; .