Методичка элетротехника 2013

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Работа 7 ИСПЫТАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

7.1. ВВЕДЕНИЕ

Цель работы — ознакомление с устройством и назначением трансформатора, овладение методами испытания трансформатора и определение основных зависимостей и параметров, характеризующих его эксплуатационные качества.

В лабораторной работе проводят испытание однофазного понижающего трансформатора двумя методами: методом непосредственной нагрузки и косвенным методом. Перед сборкой электрических цепей для испытания трансформатора необходимо ознакомиться с его основными техническими характеристиками, указанными в паспорте, чтобы правильно выбрать пределы измерения приборов. Если известны только Sном, U1ном и U2ном, то токи I1ном и I2ном в первичной и вторичной обмотках трансформатора определяют из соотношений

I1ном Sном / U1ном; I2ном Sном / U2ном.

7.2. ИСПЫТАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРА МЕТОДОМ НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ НАГРУЗКИ

Метод позволяет опытным путем снять внешнюю характеристику трансформатора, под которой понимают зависимость напряжения U2 на зажимах вторичной обмотки от тока I2 нагрузки U2 = f(I2) при U1 = U1ном и неизменных частоте f и коэффициенте мощности cos 2, или зависимость напряжения U2 от коэффициента нагрузки при тех же условиях. В этом же опыте определяют КПД трансформатора и изменение напряжения u.

Электрическая схема для проведения испытаний трансформатора приведена на рис. 7.1. Для изменения напряжения, подводимого к первичной обмотке трансформатора, используют автотрансформатор Т1. Амперметр PА1 для измерения тока I1 в первичной обмотке

83

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

трансформатора и последовательная обмотка ваттметра PW для измерения мощности Р1 электрической энергии, потребляемой трансформатором из сети, включены через измерительный трансформатор тока ТА, с помощью которого можно расширять пределы измерений по току названных измерительных приборов. Это обусловлено тем, что в режиме холостого хода ток в первичной обмотке трансформатора и активная мощность энергии, потребляемой трансформатором из сети, примерно на порядок меньше их номинальных значений. Поэтому амперметром PА1 и ваттметром PW, включенными с использованием измерительного трансформатора тока, можно измерять как малые, так

ибольшие значения тока I1 и мощности Р1 в первичной цепи исследуемого трансформатора.

Трансформатор тока имеет две обмотки: первичную (зажимы Л1

иЛ2) и вторичную (зажимы И1 и И2). На корпусе трансформатора приведена шкала номинальных значений первичных токов I1ном,ТА и номинальное значение вторичного тока I2ном,ТА = 5 А, по которым опре-

деляют по результатам измерения тока I2 как I1 kTA I2 . Номинальный

ток I1ном,ТА выбирают таким, чтобы он был не меньше тока I1 в первичной обмотке испытуемого трансформатора Т2 и в то же время был близок к нему. Номинальные значения токов амперметра PА1 (Iном, А) и последовательной обмотки ваттметра PW (Iном,W), включенных в цепь вторичной обмотки трансформатора тока, должны быть равны номинальному току I2ном,ТА = 5 А трансформатора тока, то есть

Iном, А = Iном,W = I2ном,ТА = 5 А.

Добавочный резистор RД (см. рис. 7.1) включают последовательно с параллельной обмоткой (обмоткой напряжения) ваттметра только в том случае, если номинальное напряжение Uном,W ваттметра меньше номинального напряжения U1ном первичной обмотки исследуемого трансформатора.

84

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

При проведении измерений рекомендуется показания приборов записывать в делениях, что позволяет сократить время проведения эксперимента. Значения тока I1 и мощности P1 определяют при этом следующим образом:

I1 = АcA; Р1 = WcW,

где A, W — показания амперметра PА1 и ваттметра PW в делениях соответственно; cА, cW — цены деления этих приборов.

Цены делений амперметра PA1 и ваттметра PW определяют по формулам

где Iном,А — номинальный ток амперметра PA1; NA — полное число делений шкалы амперметра PA1; Iном,W, Uном,w , Nw — номинальные значения тока, напряжения и полное число делений шкалы ваттметра PW;

85

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Rw — сопротивление параллельной обмотки ваттметра (указывается на шкале прибора); RД – сопротивление добавочного резистора.

Если учесть, что Iном, А = Iном,W = I2ном,ТА , а kTA I2ном,ТА = I1ном,ТА , то

цены делений амперметра и ваттметра можно определить по более упрощенным формулам

где I1ном,ТА — номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока.

Сопротивление RД добавочного резистора выбирают кратным сопротивлению RW. Так, например, если у ваттметра напряжение Uном,W = 150В и сопротивление RW = 5 кОм, а номинальное напряжение первичной обмотки исследуемого трансформатора U1ном = 220 В, то последовательно с обмоткой напряжения ваттметра следует включить добавочный резистор с сопротивлением RД = 5 кОм. При отсутствии в цепи ваттметра добавочного резистора RД при расчете cW следует принять

RД = 0.

Испытания трансформатора проводят при активной нагрузке (cos 2 = 1), в качестве которой используют нагрузочный реостат Rн .

Опыт проводят в следующей последовательности. С помощью автотрансформатора Т1 устанавливают напряжение U1 = U1ном и в течение всего опыта поддерживают его неизменным. Изменяют ток нагрузки I2 от холостого хода (I2 = 0) до номинального так, чтобы он принимал значения, близкие к I2 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 I2ном., измеряют напряжение U2 на зажимах вторичной обмотки трансформатора, токи I1 и I2 в первичной и вторичной обмотках и мощность Р1 энергии, потребляемой трансформатором из сети. Результаты измерений заносят в табл. 7.1.

Для каждого значения тока I2 вычисляют следующие величины:

86

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

По данным измерений и вычислений строят внешнюю характеристику U2 = f ( ) трансформатора и зависимость = f ( ), как показано на рис. 7.2. Подобные характеристики могут быть построены и в абсолютных единицах в зависимости от тока I2. По зависимости = f ( ) определяют коэффициент нагрузки , при котором КПД трансформатора имеет максимальное значение.

Кроме того, определяют коэффициент

87

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

трансформации n U1ном и изменение напряжения на зажимах транс-

U 20

форматора

u U 20 U 2 100% ,

U 20

где U1ном — номинальное напряжение первичной обмотки,U20 — вторичное напряжение при холостом ходе трансформатора (при I2 = 0), U 2 напряжение при номинальной нагрузке (при I2 I2ном ).

7.3. ИСПЫТАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРА КОСВЕННЫМ МЕТОДОМ

При испытании трансформатора косвенным методом проводят опыт холостого хода и испытательного короткого замыкания, по результатам которых и определяют характеристики трансформатора.

7.3.1.Опыт холостого хода

Вопыте холостого хода определяют коэффициент трансформации n трансформатора, ток I0 и мощность Р0 холостого хода при номинальном напряженииU1ном, являющиеся важными эксплуатационными параметрами трансформатора.

Испытание трансформатора в режиме холостого хода проводят по схеме, приведенной на рис. 7.1, при отключенном выключателе S2. Прежде чем приступить к проведению опыта, необходимо правильно выбрать номинальный первичный ток I1ном,ТА трансформатора тока и затем рассчитать цены деления амперметра и ваттметра. При этом следует иметь в виду, что при номинальном первичном напряжении U1ном в трансформаторах мощностью до нескольких киловольт-ампер ток холо-

стого хода I0 = (0,05...0,10)I1ном.

В опыте холостого хода по указанию преподавателя проводят измерение всех указанных в табл. 7.2 величин только при номинальном напряжении U1ном, как и в опыте непосредственной нагрузки, или снимают характеристики холостого хода, вид которых показан на рис. 7.3. Тогда опыт проводят следующим образом. С помощью

88

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

автотрансформатора Т1 изменяют подведенное к первичной обмотке трансформатора напряжение U1 от возможного минимума до U1 = (1,0…1,1)U1ном через равные интервалы так, чтобы получить 6 … 8 измерений. Измеряют первичное U1 и вторичное U2 напряжения, ток I0 и мощность P0. Одно из измерений выполняют при номинальном напряжении U1ном трансформатора. Результаты измерений заносят в табл. 7.2.

Т а б л и ц а 7.2

Опыт холостого хода трансформатора

Коэффициент мощности cos 0 вычисляют по формуле

cos 0 P0

U1I0

89

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Коэффициент трансформации трансформатора определяют при номинальном первичном напряжении U1ном по формуле

n E1 U1ном ,

E2 U20

так как при холостом ходе в силу малости тока I0 падением напряжения в первичной обмотке трансформатора можно пренебречь и считать, что

Е1 U1.

Кроме того, при номинальном напряжении U1ном определяют ток холостого хода в процентах от номинального

I0,% I I0 100% ,

1ном

а также мощность потерь холостого хода в процентах от полной мощности трансформатора

P0,% SP0 100% .

ном

Мощность P0, измеряемая в опыте холостого хода, представляет собой мощность потерь энергии в магнитопроводе Pпм и мощность электрических потерь в первичной обмотке трансформатора Pпэл = I02R1, т. е. P0 = Pпм + Pпэл. Ввиду малости тока I0 мощность электрических потерь PПэл не превышают 1 . .. 2 % от P0 даже в трансформаторах малой мощности, поэтому ими можно пренебречь и считать, что P0 P п м . Численное значение мощности P0 в трансформаторах мощностью более 100 кВ А составляет 0,1...0,2 % от Sном. и менее.

По данным опыта строят характеристики холостого хода, как показано на рис. 7.3.

7.3.2.Опыт испытательного короткого замыкания

Вэтом опыте определяют напряжение Uк и мощность Pк короткого замыкания трансформатора, а также параметры схемы замещения.

Электрическая схема для проведения исследования трансформатора при коротком замыкании приведена на рис. 7.4. Вторичную обмотку трансформатора замыкают накоротко перемычкой, имеющей

минимальное сопротивление. Номинальный первичный ток

90

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

трансформатора тока выбирают таким же, как и в опыте непосредственной нагрузки. Поскольку напряжение Uк короткого замыкания в трансформаторах составляет 5...10 % от U1ном, предел измерения вольтметра V1 и номинальное напряжение параллельной обмотки ваттметра должны быть незначительно больше напряжения

U (0,1...0,15)U1ном.

Опыт проводят следующим образом. С помощью автотрансформатора T1 изменяют первичное напряжение U1 от нуля до U1 = Uк, при котором ток в первичной обмотке трансформатора достигает номинального значения I1ном. При этом измеряют ток в первичной обмотке Iк, напряжение Uк и мощность Pк.

Желательно для контроля выполнить не менее двух измерений при различных токах в первичной обмотке, близких к номинальному значению, но не превышающих 1,2I1ном. Во избежание ошибки при измерении мощности рекомендуется на время отсчета показаний ваттметра отключать вольтметр PV (см. рис. 7.4), при этом ваттметр будет измерять мощность Pк энергии, потребляемой только трансформатором, так как нагрузка отсутствует. Результаты измерений заносят в табл. 7.3.

91

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Полное сопротивление короткого замыкания Zк трансформатора, его активную Rк и реактивную Хк составляющие определяют по формулам

Zк = Uк / Iк; Rк = Pк / Iк2; Xк = Zк 2-Rк 2

По результатам вычислений находят средние значения Zкcp, RKср и Xкcp и по ним при номинальном токе I1ном трансформатора определяют напряжение короткого замыкания uк и его активную uка и реактивную uкр составляющие в процентах от U1ном и мощность Pк:

Мощность Pк складывается из мощности электрических потерь в обмотках трансформатора и мощности потерь в сердечнике магнитопровода. Поскольку при напряжении U1 = Uк = (0,05...0,1)U1ном магнитный поток и, следовательно, магнитная индукция в сердечнике магнитопровода трансформатора составляют 5...10 % от своего значения при U1ном, то мощность потерь в нем, пропорциональная квадрату магнитной индукции, составляет 0,25...1 % от мощности потерь в номинальном режиме, поэтому можно считать, что мощность Рк равна мощности электрических потерь в обмотках трансформатора, то есть,

92