Программа работы.

1. Изучить схему замещения ЛЭП на стенде и подключить нагрузку. Снять показания приборов в режиме работы линии без компенсации. Данные занести в таблицу 2.

2. Подключить батарею конденсаторов

3. Установить номинальное напряжение U2н = 42B.

4. Изменяя емкость батареи конденсаторов С1 от 0 до 16 мкФ, снять показания приборов в режиме компенсации реактивной мощности. Данные занести в таблицу 4.2.

Таблица 4.2

Зависимость тока и напряжения от параметров сети

С, мкф	U,В	U, В	I, А	, о	Cos
0
2
4
12

5. Построить график Cos=f(С).

Оформить отчет. Сделать выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Что такое коэффициент мощности?

2. Перечислите причины снижения коэффициента мощности?

3. Способы повышения коэффициента мощности?

4. Какой способ повышения коэффициента мощности применяли в данной работе?

5. Как включить конденсаторы для повышения коэффициента мощности?

6. Объяснить схему и векторные диаграммы, приведенные на рис.2.

Лабораторная работа №5

ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВОГО ДВУХОБМОТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА МЕТОДОМ ХОЛОСТОГО ХОДА И КОРОТКОО ЗАМЫКАНИЯ.

Цель работы: испытать однофазный трансформатор в различных режимах работы, определить параметры схемы замещения трансформатора, построить внешнюю характеристику трансформатора,построить векторные диаграммы для различных режимов работы трансформатора.

Устройство и принцип действия трансформатора

Трансформатор представляет собой статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Трансформатор имеет не менее двух обмоток, у которых есть общий магнитопровод и которые электрически изолированы друг от друга. Обмотки размещаются на магнитопроводе, собранном из листов электротехнической стали (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1. Устройство однофазного трансформатора

Обмотка трансформатора, соединенная с источником питания, называется первичной, а обмотка, к которой подключается потребитель электроэнергии, называется вторичной. Параметры, относящиеся к первичной обмотке, обозначаются индексом 1, например, w1,u1,i1, относящиеся к вторичной обмотке – обозначают с индексом 2.

Различают однофазные (рисунок 5.1) и трехфазные трансформаторы.

В паспорте трансформатора указывают его номинальное напряжение, полную мощность, токи, напряжение короткого замыкания, число фаз, частоту, схему соединения, режим работы и способ охлаждения.

В зависимости от напряжения различают обмотку высшего напряжения (ВН) и обмотку низшего напряжения (НН).

Если первичное напряжение U1 больше вторичного U2, трансформатор называют понижающим, если U1< U2,– повышающим.

Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Под воздействием переменного тока первичная обмотка создает в магнитопроводе переменный магнитный поток, который пронизывает обмотки и индуктирует в них ЭДС.

Соотношение ЭДС обмоток называется коэффициентом трансформации

E1/E2=w1/w2=n .

Если, n>1то вторичная ЭДС меньше первичной и трансформатор называется понижающим, при n< 1– трансформатор повышающий.

Применяют и другое определение для коэффициента трансформации: отношение номинального высшего напряжения трансформатора к номинальному низшему напряжению. В этом случае коэффициент трансформации всегда больше единицы.

Так как во вторичной обмотке индуктируется ЭДС, то при подключении нагрузки к ее выводам в контуре обмотка-нагрузка протекает ток и выделяется электрическая энергия. Таким образом, с помощью магнитной связи поток электрической энергии передается из первичной цепи во вторичную. В этом и состоит принцип работы трансформаторов.

Идеальным трансформатором называют трансформатор, у которого активное сопротивление обмоток равно нулю, отсутствуют магнитные потоки рассеяния, потери мощности в магнитопроводе равны нулю. При таких допущениях схема трансформатора и векторная диаграмма показаны на рисунке 5.2. В режиме холостого хода ток вторичной обмотки равен нулю: , а ток и МДС первичной обмотки равны и .

Переменный магнитный поток, возбужденный в магнитопроводе трансформатора, наводит в обеих обмотках действующие э.д.с.:

E1=4.44w1* f*Фm

E2=4.44w2* f*Фm

где Фm - амплитуда магнитного потока;

f - частота переменного тока;

w1 и w2- числа витков соответственно первичной и вторичной обмоток.

Различают следующие режимы работы трансформатора:

1)режим холостого хода;

2)режим короткого замыкания;

3)режим нагрузки

Режим холостого хода является таким предельным режимом, при котором вторичная обмотка разомкнута., а к первичой подводится номинальное напряжение. Так как ток холостого хода мал, то потерями мощности в обмотках можно пренебречь и считать показание ваттметра равным потерям в магнитной цепи.

Опыт холостого хода дает возможность определить:

1)коэффициент трансформации:

n=U1н/U2,

где U1н - номинальное напряжение на первичной обмотке трансформатора;

2)ток холостого хода:

I1о= (3…10)%I1н,

где I1н - номинальный ток трансформатора;

3) активную мощность Ро, которая представляет собой потери мощности при холостом ходе, идущие на затраты активной мощности на перемагничивание магнитопровода с частотой сети, а также на компенсацию размагничивающего действия вихревых токов, возникающих в толще листов магнитопровода трансформатора.

Используя результаты опыта холостого хода и паспортные данные трансформатора можно определить параметры (Zo, Ro, Xo) схемы замещения (рис. 5.3) трансформатора.,

Zo= U1н/ I1о; Cos=Ро/ U1н- I1о; =90^о-_о; Rо= Ро/ I²; Хо= √Zо²- Rо², где

Rо - активное сопротивление, потери мощности в котором равны потерям мощности в магнитопроводе трансформатора;

Хо - индуктивное сопротивление первичной обмотки, обусловленное основным магнитным потоком;

Zо - полное сопротивление;

0 - угол сдвига по фазе между током и напряжением первичной обмотки в режиме холостого хода;

 - угол между током холостого хода и магнитным потоком в режиме холостого хода.

Рисунок 5.3 Схема замещения трансформатора (холостой ход)

Режим короткого замыкания является другим предельным режимом работы трансформатора, при котором вторичная обмотка замкнута накоротко через амперметр, а к первичной подводится такое напряжение, чтобы во вторичной обмотке протекал номинальный ток. Подводимое напряжение мало, поэтому мал и магнитный поток. Значит, магнитными потерями можно пренебречь и считать показание ваттметра равным электрическим потерям в обмотках.

Различают короткое замыкание в процессе эксплуатации трансформатора и опытный режим короткого замыкания. При эксплуатационном коротком замыкании к первичной обмотке приложено полное напряжение сети и по обмоткам протекают токи значительно больше номинальных. В опытном режиме короткого замыкания на первичную обмотку подается такое пониженное напряжение короткого замыкания (U1к), при котором по вторичной обмотке протекает номинальный ток.

U1к= (3…10)% U1н,

Рисунок 5.4 Схема замещения трансформатора (короткое замыкание)

Мощность Рк, определяемая из опыта короткого замыкания представляет собой электрические потери в активных сопротивлениях обоих обмоток трансформатора

Рк= I1²* R1+ I2н²* R2, где

R₁ и R₂ - активные сопротивления первичной и вторичной обмоток трансфрматора.

В опыте короткого замыкания определяют потери мощности в обмотках трансформатора и уточняют значение коэффициента трансформации. По результатам измерения и паспортным данным определяют параметры (R₁, R^!₂, X₁, X^!₂) схемы замещения трансформатора (рис. 5.4.).

z= U1к/I1; Cos= Рк/ U1к- Iн; Rк= Рк/ I1н²; Хк=√Zк²- Rк²,

R1=R^!2 =Rк/2; X₁= X^!₂=Xк/2; R₂=R^!₂/n^2; X₂ =X^!₂/ n^2;,

где Rк и Хк - активное и реактивное сопротивления короткого замыкания трансформатора;

R₂^! и Х₂^! - приведенные сопротивления вторичной обмотки трансформатора к первичной обмотке.

Для приведенного трансформатора имеем:

U^!₂= n* U₂= U₁; I^!₂= I₂/ n =I₁

Режим нагрузки.

В режиме нагрузки трансформатор нагружается в пределах от нуля до номинальной одной из нагрузок: активной, активно-ндуктивной или ёмкостной.

Уравнения электрического состояния этого режима

,

,

,

где и - комплексы полных сопротивлений обмоток трансформатора.

Зависимость между вторичным напряжением и током нагрузки U₂ = f(I₂) называется внешней характеристикой трансформатора при U₁=Const (рис. 5.5)

Р исунок 5.5 Внешняя характеристика трансформатора

Изменение вторичного напряжения определяют в процентах

.

Если ввести понятие коэффициента нагрузки трансформатора , то с учётом векторной диаграммы (рисунок 5.2 б) уравнение можно привести к виду

или

.

По известному значению определяют вторичное напряжение

КПД трансформатора

где – активная мощность, подведенная к первичной обмотке; Р₂ – мощность, отдаваемая трансформатором; – мощность магнитных потерь при холостом ходе; – мощность электрических потерь в обмотках при коротком замыкании.

Баланс мощности трансформатора определяется равенством

Программа работы.