- •Электротехника
- •Содержание
- •Основы электробезопасности
- •Категорически запрещается !
- •Правила для студентов, работающих в лаборатории
- •Порядок выполнения лабораторной работы и отчёта
- •Электрические измерения и приборы (эип).
- •Измерение параметров электрической цепи.
- •Исследование неразветвленной электрической цепи синусоидального тока с различными видами нагрузки.
- •Частотные характеристики последовательного колебательного контура
- •Исследование разветвлённой электрической цепи синусоидального тока с различными видами нагрузки.
- •Исследование электрической цепи постоянного тока с линейными и нелинейными элементами.
- •Исследование трёхфазных цепей при соединении нагрузки по схеме «звезда»
- •Исследование трехфазных цепей при соединении нагрузки по схеме «треугольник»
- •Испытание однофазных трансформаторов
- •Испытание асинхронных двигателей в трёхфазном и однофазном режимах
- •Испытание двигателя постоянного тока параллельного возбуждения
- •Список литературы
Испытание однофазных трансформаторов
Цель работы
Изучить конструкцию однофазных трансформаторов.
Исследовать однофазный трансформатор в режимах: холостого хода, короткого замыкания, нагрузки.
Краткая теория
Первые однофазные трансформаторы были построены в 187577 годах инженером П.Н.Яблочковым и были использованы для устройства электрического освещения. В 1882 году на промышленной выставке в Москве демонстрировались трансформаторы конструкции другого русского изобретателя И.Ф.Усагина. Первые трёхфазные трансформаторы были построены русским учёным М.О.ДоливоДобровольским в 1889 году, который вывел уравнение трансформаторной э.д.с. и дал метод испытания трансформаторной стали.
Трансформатор в простейшем случае имеет две обмотки - первичную и вторичную, размещённые на общем сердечнике – магнитопроводе, собираемом из листовой электротехнической стали, изолированной лаком и бумагой.
Если одну из обмоток трансформатора – первичную с числом витков W1 запитать переменным током, то в сердечнике возникнет переменный магнитный поток Ф, возбуждающий:
в первичной обмотке э.д.с. e1= W1;
во вторичной обмотке э.д.с. e2= W2.
Действующие значения этих э.д.с. равны
Е1= 4,44 fW1 Фm, Е2= 4,44 fW2 Фm,
где W2 – число витков вторичной обмотки, f– частота сети.
Если во вторичную цепь включена нагрузка, то по ней протекает ток I2. Магнитный поток в сердечнике трансформатора, работающего под нагрузкой, обусловлен совместным действием намагничивающих сил обеих обмоток. Однако, амплитудное значение этого потока почти не зависит от величины токов в обмотках трансформатора. Оно пропорционально величине напряжения U1, подведённого к трансформатору.
Отношение k = = называется коэффициентом трансформации трансформатора. Если величины W1 и W2 неизвестны, то коэффициент трансформации определяется по результатам опыта холостого хода.
Холостым ходом трансформатора называется такой режим его работы, когда к первичной обмотке подведено напряжение, а вторичная обмотка разомкнута. Ток, протекающий в этом случае в первичной обмотке, называют током холостого хода и обозначают I0.
Так как во вторичной обмотке тока нет, поэтому э.д.с. равна напряжению на зажимах U20 при холостом ходе, т.е. Е2 = U20, а э.д.с. Е1 ничтожно мало отличается от напряжения U1,и коэффициент трансформации определится как соотношение k = .(8.1)
Работа трансформатора сопровождается потерей некоторой части потребляемой мощности и выделением тепла внутри трансформатора.
Потери мощности трансформатора подразделяются на две группы:
потери в стали,
потери в меди.
Мощность холостого хода трансформатора расходуется на потери в стали сердечника трансформатора и потери в меди первичной обмотки вследствие прохождения по ней тока холостого хода,
т.е. Р0 =∆Рст+I02 R1;
где ∆Рст – магнитные потери в стали трансформатора,
R1 – активное сопротивление первичной обмотки.
Откуда ∆Рст = Р0I02 R1. (8.2)
Потери в стали ∆Рст, обусловленные гистерезисом и вихревыми токами, пропорциональны квадрату магнитного потока сердечника и поэтому не зависят от нагрузки трансформатора, а только от подводимого напряжения U1. При одном и том же напряжении эти потери будут одинаковы как при холостом ходе, так и при полной нагрузке трансформатора. Потери холостого хода составляют около 2% номинальной мощности трансформатора.
Потери в меди ∆РМ, наоборот, зависят не от магнитного потока, а от квадрата тока в обмотках, т. е.∆РМ=,
где R1 и R2активные сопротивления обмоток трансформатора.
Опыт короткого замыкания трансформатора проводят для определения потерь в меди, для определения активного и реактивного сопротивлений обмоток трансформатора, для определения напряжения короткого замыкания.
В опыте короткого замыкания одну из обмоток трансформатора замыкают накоротко и постепенно повышают напряжение на зажимах второй обмотки до тех пор, пока ток в ней достигнет номинального значения. Полученное напряжение U1K называют напряжением короткого замыкания и выражают в процентах по отношению к номинальному первичному напряжению, т.е. UK = 100%. (8.3)
У большинства силовых трансформаторов напряжение короткого замыкания составляет 5.5 %. Поэтому магнитный поток в сердечнике трансформатора, а, следовательно, и потери в стали при опыте короткого замыкания получаются незначительными.
Мощность PK, потребляемую трансформатором при опыте короткого замыкания, измеренную ваттметром, можно считать равной потерям в меди при номинальных токах в обмотках.
Поскольку потери в меди пропорциональны квадрату тока в обмотках, то зная величину PK, можно рассчитать эти потери для любой нагрузки трансформатора ∆PM=β2PK,
где β= коэффициент загрузки трансформатора, равный отношению тока нагрузки I2 к номинальному току вторичной обмотки.
Полные потери мощности в трансформаторе будут равны ∆P=∆Рст+∆PM.
Метод определения потерь по опытам холостого хода и короткого замыкания удобен тем, что посредством его можно определить к.п.д. крупных трансформаторов при отсутствии источника энергии достаточно большой мощности и соответствующей нагрузки как отношение мощности Р2 к получаемой Р1
η===,(8.4)
где S = UН IН номинальная мощность в вольт-амперах,
cosφ2 коэффициент мощности, зависящий от характера нагрузки.
Для ламп накаливания принимают cosφ2 = 1.
Омическое сопротивление обмоток трансформатора замеряют по методу амперметра и вольтметра. Величина тока при измерениях не должна превышать 20% номинального тока обмотки. Сопротивление обмоток измеряется при трёх различных значениях тока и определяется как среднее арифметическое значение трёх измеренных сопротивлений. Омическое сопротивление обмоток трансформатора измеряется постоянным током по схеме, изображенной на рис. 8.1. Замерив показания амперметра и вольтметра, определяют омическое сопротивление по закону Ома r=. (8.5)
Активное сопротивление обмоток можно приближенно определить по формуле R≈rKФ (8.6)
где КФ коэффициент активного сопротивления, учитывающий увеличение сопротивления при переменном токе КФ=1,05 - 1,2.
Приборы и лабораторное оборудование
Однофазный трансформатор.
Амперметры, вольтметры, ваттметры.
Лабораторный автотрансформатор.
Активная нагрузка – две фазы по 7 ламп на фазу.
Источник питания ~ 127 / 220 В.
Порядок выполнения работы
Исследование однофазного трансформатора.
Произвести внешний осмотр, изучить расположение первичной и вторичной обмоток, конструкцию магнитопровода, записать паспортные данные.
Собрать схему рис. 8.1.
Рис. 8.1
Измерить омическое сопротивление первичной и вторичной обмоток трансформатора. Результаты измерений занести в таблицу 8.1.
Таблица 8.1
Измерено |
Вычислено | ||||||
U1 B |
U2 B |
I1 A |
I2 A |
r1 Ом |
r2 Ом |
R1 Ом |
R2 Ом |
Цена д |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По формулам (8.5) и (8.6) подсчитать величины омического и активного сопротивлений обмоток.
Собрать электрическую цепь, изображенную на рис. 8.2; 8.2 А:
Провести опыт холостого хода (рис. 8.2).
Примечание:Перед подачей напряжения на трансформатор TV (ЛаТр) предварительно установить минимальное значение выходного напряжения (достигается поворотом рукоятки по направлению против часовой стрелки).
Записать показания приборов в таблицу 8.2, изменяя U1 от некоторого значения до номинальной величины.
Таблица 8.2
Измерено |
Вычислено | |||||
U1 B |
U20 B |
I0 A |
P0 Вт |
∆PСТ Вт |
k |
сosφ0 |
Цена д |
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вычислить:
коэффициент трансформации по формуле (8.1),
cosφ0 по формуле cosφ0 = ,
потери в стали по формуле (8.2).
построить графики I0=f(U1), ∆PСТ =f(U1), cosφ0=f(U1).
Собрать схему (рис. 8.2А)и провести опыт короткого замыкания.
По имеющимся паспортным данным определить номинальные значения токов первичной и вторичной обмоток трансформатора.
Включить схему и, постепенно повышая напряжение U1K, довести в первичной обмотке ток до I1=Iном. Сделать несколько замеров при токах,
меньших Iном. Учесть, что напряжения короткого замыкания трансформа-
тора должны быть не больше U1K 1-5% Uном.
Замеренные величины записать в таблицу 8.3. Таблица 8.3
Измерено |
Вычислено | ||||||
U1К B |
I1 A |
PК Вт |
I2 A |
UК % |
сosφ1К |
β=I2/I2ном |
η |
Цена д |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вычислить напряжение короткого замыкания по формуле (8.3) и
cosφ1К по формуле cosφ1К=.
Определить коэффициент полезного действия трансформатора по формуле (8.4) для рассчитанных по данным опыта значений коэффициентов загрузки β.
Построить графики I1 = f(U1К), PK = f(U1К), cosφ1К = f(U1К).
Исследовать трансформатор при активной нагрузке и собрать схему в соответствии с рис.8.3.
Рис. 8.3
Начиная с I2=0 до I2=(1.1…1.2) I2Н при U1=const, произвести
замеры показаний приборов и записать в таблицу 8.4.
Определить cosφ1=,а cos2 считать равным единице, т. к. во вторичной цепи активная нагрузка.
Таблица 8.4
Измерено |
Вычислено | ||||||
U1 B |
I1 A |
P1 Вт |
U2 В |
I2 А |
P2 Вт |
сosφ1 |
сosφ2 |
Цена д |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Построить внешнюю характеристику трансформатора, представляющую собой зависимость напряжения на зажимах вторичной обмотки U2 от тока во вторичной обмотке I2: U2 = f(I2) при U1= const, cosφ2 = const.
Контрольные вопросы
В чём заключается принцип действия, и каково устройство
однофазного трансформатора?
Какова задача опыта холостого хода трансформатора?
Какие параметры замеряются и определяются в результате опыта
короткого замыкания?
Как определяются потери мощности в трансформаторе?
Как маркируются обмотки трансформатора?
Почему потери мощности в сердечнике трансформатора не зависят от тока нагрузки?
Какое влияние оказывает характер нагрузки на внешнюю
характеристику трансформатора?
Лабораторная работа №9