номінальні струми U1н, U2н; номінальні струми І1н, І2н; щільність струмів обмоток j1н, j2н; опори R1, R2, R‘1, R‘2; втрати в обмотках при номінальному

струмі Рел.

Приклад 16.8. Трифазний трансформатор має з‘єднання обмоток Y/Y-0, Sн=63 кВ×А, U1н/U2н=5500/400 В, відсоткова напруга КЗ u1к=6%, а його активна складова частина uа=2,38%. Визначити номінальні струми І1н, І2н; активні втрати в обмотках при номінальному навантаженні Рел; опори Rк, Xк; втрати в сталі Рст; якщо при номінальному навантаженні cosj2=0,85, h=94,5%.

Приклад 16.9. Параметри трифазного трансформатора такі: схема з‘єднання обмоток Y/D -11, Sн=180 кВ×А, U1н/U2н=10/0,525 кВ, Р0=1,6 кВт, і0=4%, Рк=3,0 кВт, uк=5,5%. Визначити фазні та лінійні коефіцієнти трансформації Кф, Кл; лінійні номінальні струми обмоток І1н, І2н; активні опори обмоток R1, R2; напругу на вторинній обмотці U2 при активно-індуктивному навантаженні й b=0,75 і cosj2=0,9; ККД

трансформатора h при навантаженні b=0,5 та cosj2=0,8.

Приклад 16.10. Трансформатор із схемою з‘єднань Y/D має напруги U1н/U2н=10,5/0,4 кВ, Рк=0,78 кВт, і0=5%, uк=4,5%, uа=2,6%, f=50 Гц, Sн= =25 кВ×А, Р0=0,14 кВт. Визначити номінальні потужності на частотах 20,

40, 60, 100 Гц; S20, S40, S60, S80, S100; втрати при холостому ході на тих же частотах Р20, Р40, Р60, Р80 Р80, Р100; ККД на тих же частотах при

номінальному навантаженні та cosj2=0,85 h20, h40, h60, h80, h100.

17. Лабораторна робота

ДОСЛІДЖЕННЯ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Мета роботи – вивчити будову однофазного трансформатора й принцип його дії; вивчити методи експериментального визначення параметрів і елементів схем заміщення трансформатора, а також навчитись визначати ККД, коефіцієнт потужності (cos φ), зміну вторинної напруги при різному навантаженні.

Основні теоретичні відомості

Трансформатор – найважливіший елемент сучасних енергетичних систем – є статичним електромагнітним апаратом, що призначений для перетворення енергії змінного струму однієї напруги в іншу.

Робота трансформатора основана на використанні явища електромагнітної індукції.

109

Основні частини трансформатора – замкнене феромагнітне (сталеве) осердя й обмотки.

Сталеве осердя трансформатора зменшує магнітний опір для основного (робочого) магнітного потоку й збільшує магнітний зв'язок між обмотками, тому його називають магнітопроводом. Для зменшення вихрових струмів магнітопровід виробляється з окремих ізольованих листів трансформаторної сталі.

Обмотки трансформатора виготовляються з ізольованого мідного (рідше алюмінієвого) дроту. Обмотка, з'єднана з джерелом електричної енергії, називається первинною, а обмотка, до якої під’єднується навантаження, – вторинною.

На рис.17.1 зображена схема однофазного двохобмоткового трансформатора.

Рис. 17.1. Електрична схема трансформатора

Підведена до первинної обмотки від мережі змінна напруга U1 створює в ній струм I1, який збуджує в осерді змінний синусоїдальний потік Ф.

Змінний магнітний потік, котрий називають основним, або робочим, пронизує витки обох котушок, індукуючи в них ЕРС, миттєві значення яких

110

де W1 , W2 – кількість витків відповідно первинної та вторинної обмотки. Діючі значення ЕРС

E1 = 4,44 W1 f Фm ; E2 = 4,44 W2 f Фm , (17.2)

де f – частота змінної напруги, Гц; Фm – амплітудне значення робочого магнітного потоку, Вб.

Якщо до вторинної обмотки підключити навантаження , під дією ЕРС у ній буде проходити струм, що здійснює передачу електричної енергії змінного струму з первинного ланцюга у вторинний.

Відношення ЕРС, яке дорівнює відношенню кількості витків обмо-

Якщо К > 1, трансформатор називається знижувальним, якщо К < 1

– підвищувальним.

Для зручності розрахунку і порівняння параметрів, які характеризують процеси в трансформаторі, застосовують схеми заміщення. Найпоширеніша – спрощена Г - подібна схема заміщення – показана на рис.17.2.

Елементи схеми заміщення відповідають певним процесам, що відбуваються в трансформаторі.

Дослідом холостого ходу називається такий режим роботи трансформатора, при якому на первинну обмотку подається номінальна напруга U1H, а вторинна обмотка залишається розімкненою. При цьому

вимірюються струм живлення трансформатора І0, споживана ним

потужність Р0 і напруга на вторинній обмотці U20. Із досліду холостого ходу визначаються:

коефіцієнт трансформації

111

втрати потужності трансформатора в сталі, зумовлені гістерезисом і вихровими струмами в магнітопроводі,

Остання рівність приймається на тій підставі, що, по-перше, головний магнітний потік при всіх навантаженнях та холостому ході залишається постійним, і, отже, втрати в сталі не залежать від навантаження, а, по-друге, втрати в обмотках малі, оскільки струм холостого ходу

незначний (І0 ≤ 0,1І1Н).

Дослідом короткого замикання називається такий режим роботи трансформатора, при якому вторинна обмотка замикається накоротко, а на первинну подається така знижена напруга U1К, при якій струми в обмотках дорівнюють номінальним значенням. При цьому вимірюються напруга короткого замикання U1К (для силових трансформаторів звичайно U1К ~ 0,05 U1Н ), струми короткого замикання І1К=І1Н та І2К=І2Н, а також споживана потужність РК.

Із досліду короткого замикання визначаються: коефіцієнт трансформації

короткого замикання робочий магнітний потік, пропорційний величині напруги первинної обмотки, малий (близько 5%). Отже, втрати в сталі також незначні, і ними можна нехтувати, а потужність Рк, яку в досліді короткого замикання показує ватметр, увімкнений у ланцюг первинної обмотки, дорівнює електричним утратам в обмотках трансформатора при його номінальному режимі навантаження, оскільки струми в обмотках рівні номінальним.

Потужність утрат в обмотках (у міді) трансформатора залежить від

112

ККД трансформатора дорівнює відношенню потужності, що віддається у вторинний ланцюг, до потужності, споживаної з мережі, і може бути легко обчислений за даними дослідів холостого ходу й короткого замикання

Потужність, котра віддається трансформатором у навантаження,

де SН – номінальна потужність трансформатора; cosφ2– коефіцієнт потужності навантаження.

Тоді ККД трансформатора буде мати вигляд

Зміна струму навантаження трансформатора призводить до зміни вторинної напруги U2 порівняно з напругою холостого ходу U20.

Залежність напруги вторинної обмотки від струму навантаження I2 або коефіцієнта завантаження називається зовнішньою характеристикою трансформатора U 2 (β )

Робочі характеристики трансформатора U2=f(І2); η=f(І2); сosφ1=f(І2); при постійних U1, сosφ2 показані на рисунку 17.3.

Рис. 17.3. Робочі характеристики трансформатора

113

Опис установки

Лабораторна установка (рис.17.4) складається з випробовуваного трансформатора ТV, навантаження RH, амперметрів первинної А1 і вторинної А2 обмотки, ватметра W для вимірювання споживаної трансформатором активної потужності й вольтметрів V1 та V2 для вимірювання первинної і вторинної напруги відповідно. Амперметр А1, вольтметр V1 та ватметр W входять до складу вимірювального комплекту типу „К- 540”( або „К- 505”).

Установка живиться від автотрансформатора з напругами U1К = =220В і U1К=15В. Перемикач П2 служить для подачі номінальної напруги при досліді холостого ходу й роботі в режимі навантаження та зниженої напруги при короткому замиканні. Перемикач П3 слугує для розмикання вторинної обмотки (дослід холостого ходу), приєднання навантаження (режим навантаження) і замикання вторинної обмотки накоротко (режим короткого замикання).

Порядок виконання роботи

1.Ознайомитися з конструкцією трансформатора і записати його

паспортні дані. Користуючись ними, обчислити номінальні струми I1Н, I2Н та коефіцієнт трансформації К.

2.Зібрати схему відповідно до рисунка 17.4, ознайомитися з вимірювальними приладами і записати їх паспортні дані.

114