Методические материалы (8) (4) (1) / Метод указания трансформаторы

3.7 Изменение напряжения на зажимах вторичной обмотки при нагрузке

При увеличении тока нагрузки трансформатора напряжениеU2 на зажимах вторичной обмотки обычно понижается. Отклонение величины U2 от напряжения холостого хода U20 при U1=const характеризуют процентным измерением напряжения

Величину u 2 можно получить расчетом по заданной нагрузке и паспортным данным трансформатора.

Для вывода расчетной формулы воспользуемся упрощенной схемой замещения (рисунок 3.12) и соответствующей ей векторной диаграммой

(рисунок 3.13).

хк rк

Рисунок 3.12

21

Рисунок 3.13

Преобразуем уравнение (3.41), умножив числитель и знаменатель его правой части на коэффициент трансформации

точностью, с которой схема замещения (см. рисунок 3.12) представляет реальный трансформатор.

пропорционально коэффициенту загрузки трансформатора. Зависимость u2 от при различных н представлена на рисунке 3.14.

U2

U20

Внешняя характеристика трансформатора, выражающая зависимость напряжения на выходных зажимах трансформатора от коэффициента загрузки, приведена на рисунке 3.15. Следует отметить, что при колебаниях нагрузки в пределах 0 1 напряжение на выходе трансформатора изменяется лишь на несколько процентов.

3.8 Коэффициент полезного действия трансформатора

Преобразование электрической энергии в трансформаторе сопровождается потерями на нагрев сердечника и обмоток. Уравнение баланса мощности при этом имеет вид

где Р1 – мощность, потребляемая трансформатором из сети; Р2 – мощность, передаваемая трансформатором нагрузке;

23

Рст – мощность потерь в сердечнике на гистерезис и вихревые токи (потери в стали);

Рм – мощность потерь в обмотках трансформатора на их нагрев (потери в меди).

Уравнение (3.48) можно проиллюстрировать диаграммой, изображенной на рисунке 3.16

Р1=U1I1cos 1 Р2=U2I2cos н

где Sн – полная мощность трансформатора.

Мощность потерь на гистерезис и вихревые токи (потери в стали) являются постоянной величиной, независящей от нагрузки и численно равные мощности трансформатора в режиме холостого хода

Мощность потерь в обмотках трансформатора, идущую на их нагрев (потери в меди), можно определить из опыта короткого замыкания

Таким образом, уравнение, определяющее зависимость коэффициента полезного действия трансформатора от степени его загрузки, имеет вид

24

Зависимость коэффициента полезного действия трансформатора от степени его загрузки представлена на рисунке 3.17. Коэффициент полезного действия трансформатора достигает максимального значения, когда потери в

стали становятся равными потерям в меди, т.е. Px 2m axPк . Трансформаторы малой мощности, которые обычно работают на

постоянную нагрузку, рассчитывают так, чтобы Рк=Рх и max=1. В этом случае их коэффициент полезного действия составляет 0,7 0,9 в зависимость от номинальной мощности.

Силовые трансформаторы распределительных сетей имеют переменную нагрузку, которая в среднем составляет 0,5 0,7 Р2н. В связи с этим, такие трансформаторы рассчитывают из условия max=0,7 и отношения Px Pк порядка 0,5. Коэффициент полезного действия силовых

трансформаторов довольно велик. При cos н=1 коэффициент полезного действия достигает значений 0,995.

4 УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

Целью настоящей лабораторной работы является экспериментальное исследование различных режимов работы однофазного трансформатора.

1. Перед началом выполнения лабораторной работы изучить теорию, ознакомиться с лабораторным оборудованием, разработать план выполнения лабораторной работы.

2.Разработанный план выполнения лабораторной работы вместе

сэлектрическими схемами, необходимыми для измерения определяемых величин, согласовать с преподавателем, и только после этого приступать к выполнению самой работы.

3.Собрать схему для испытания трансформатора в режиме

25

холостого хода. Измерить значения тока холостого хода, напряжения во вторичной обмотке и мощности, потребляемой трансформатором. Рассчитать коэффициент трансформации, параметры ветви намагничивания и показать, что мощность, потребляемая трансформатором в режиме холостого хода, определяет потери в стали. Номинальное напряжение первичной обмотки равно U1н=220 В.

4. Собрать схему для испытания трансформатора в режиме короткого замыкания. Измерить значения тока в первичной обмотке, напряжения на зажимах первичной обмотки, мощности, потребляемой трансформатором в режиме короткого замыкания. Рассчитать параметры обмоток трансформатора в режиме короткого замыкания. Показать, что мощность, потребляемая трансформатором в режиме короткого замыкания, определяется потерями в меди. Номинальный ток вторичной обмотки равен

I2н=5 А.

5. Собрать схему для испытания трансформатора в нагрузочном режиме. Измерить значения токов в обеих обмотках, напряжения во вторичной обмотке, мощностей первичной и вторичной цепи при изменении тока во вторичной цепи от 0 до 5 А. Рассчитать коэффициент полезного действия трансформатора. Построить графики зависимости напряжения на зажимах вторичной обмотки и коэффициента полезного действия от коэффициента загрузки трансформатора U2=f( ) и =f( ).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Назначение и принцип действия трансформатора.

2.Какой трансформатор называется идеализированным. Работа

идеализированного трансформатора.

3.Реальный трансформатор. Режимы работы реального

трансформатора.

4.Схемы замещения трансформатора.

5.Векторная диаграмма трансформатора.

6.Изменение напряжения на зажимах вторичной обмотки

трансформатора при нагрузке.

7. Коэффициент полезного действия трансформатора.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. – М.: Высшая школа, 2000. – 542 с.

2 Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи.

– М.: Высшая школа, 1978. – 528 с.

3 Каплянский А.Е., Лысенко А.П., Полотовский Л.С. Теоретические основы

26

электротехники. - М.: Высшая школа, 1972. – 447 с.

4 Общая электротехника: Учебное пособие для вузов/ Под ред. А.Т. Блажкина. – Л.: Энергоатомиздат, 1986. – 592 с.

27