10.3. Краткое описание лабораторного стенда.

Для выполнения лабораторной работы №10 используется следующее оборудование стенда НТЦ-01:

- автотрансформатор TV2 – служит источником питания исследуемой цепи. Величина напряжения регулируется с помощью переключателя ЛАТР, TV2,

- тумблер включения автотрансформатора TV2 (SA3);

- испытуемый трансформатор TV3;

- индуктивно - активная нагрузка L2,R18;

- конденсатор переменный ёмкости С11 - является дополнительной нагрузкой для испытуемого трансформатора. Значение С11 набирается на соответствующих переключателях 1,2,4,8,16,32.

Измерения параметров производятся следующими приборами:

-ваттметром активной мощности испытуемой схемы (PW2).

При показаниях менее 150вт измерения производить с нажатой кнопкой “600вт/150вт”;

-амперметром (РА1). При токе менее 0,5А измерения производить с нажатой кнопкой ”2A/0,5A”;

-вольтметром (PV3). Измеряет входное напряжение первичной обмотки трансформатора TV3.

-амперметром (PA2). Измеряет ток во вторичной обмотке трансформатора TV3.

-вольтметром(PV2). Измеряет напряжение во вторичной обмотке трансформатора TV3.

10.4. Порядок выполнения лабораторной работы.

10.4.1. Провести опыт холостого хода трансформатора.

Рис. 10.6.

10.4.1.1. Собрать схему согласно рис. 10.6.

10.4.1.2. Установить входное напряжение равное 0В (Uвх=0В):

- переключатель диапазонов TV2 установить в положение «100<-0»;

- переключатель величины напряжения установить в положение «0в».

10.4.1.3. Отключить тумблер SA4. Включить SA3.

10.4.1.4. Установить с помощью переключателя ЛАТР TV2 напряжение на вольтметре PV3 равное 220В(U_PV3 = U_1Н = 220В).

10.4.1.5. Снять показания приборов PW2(P_PW2),PA1(I_PA1),PV2(U_PV2) (если показания PA1 менее 0,5 А, измерение производить с нажатой кнопкой PA1)и заполнить таблицу 10.1. в части “ измеренные данные ”.

10.4.1.6. Отключить тумблер SA3.

Таблица 10.1.

Измеренные данные				Расчётные данные
UPV3,В	PPW2, Вт	UPV2, В	IPA1, А		Ro, Ом	Z0 ,Ом	X0 ,Ом	n
220

10.4.1.7. По результатам опыта холостого хода рассчитать параметры схемы замещения трансформатора. Заполнить таблицу 10.1 в части “расчётные данные“.

10.4.1.7.1. Ro - активное сопротивление магнитопровода трансформатора в опыте холостого хода. Расчёт произвести по формуле (7).

Где: I_1.0 - показания амперметра PA1 в опыте холостого хода (ток первичной обмотки трансформатора при U_1Н=220В).

P_СТ - активная мощность, потребляемая трансформатором в опыте холостого хода (показания ваттметра PW2 ).

10.4.1.7.2. Z₀ - полное сопротивление магнитопровода трансформатора (сопротивление схемы замещения в опыте

холостого хода). Расчёт произвести по формуле (8).

Где: U_1Н - номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора в опыте холостого хода = 220В.

10.4.1.7.3. X₀ – индуктивное сопротивление первичной обмотки, обусловленное основным магнитным потоком. Расчёт произвести по формуле (9).

10.4.1.7.4. n - коэффициент трансформации. Расчёт произвести по формуле (6).

Где: U_2.0 – напряжение на вторичной обмотки трансформатора в опыте холостого хода (показания вольтметра PV2).

10.4.2. Провести опыт короткого замыкания трансформатора (рис. 10.6).

10.4.2.1. Установить входное напряжение равное 0В (Uвх=0В):

- переключатель диапазонов TV2 установить в положение «100<-0»;

- переключатель величины напряжения установить в положение «0в».

10.4.2.2. Включить тумблеры SA4 и SA3.

10.4.2.3. С помощью переключателя ЛАТР TV2 установить показания амперметра PA1=0,8А (I_1Н=0,8А).

10.4.2.3. Снять показания приборов PV3(U_PV3), PW2(P_PW2), PA2(I_PA2) и заполнить таблицу 10.2 в части “ измеренные данные ”(показания ваттметра РW2 должны быть меньше значения произведения показаний приборов PA1 и PV3).

10.4.2.4. Отключить SA3 и SA4.

Таблица 10.2.

измеренные данные				расчётные данные
UPV3, В	PPW2, Вт	IPА2, А	IPA1, А	ZК, Ом	RК, Ом	XК, Ом	R1, Ом	X1, Ом	R2, Ом	X2, Ом
			0,8

10.4.2.5 По результатам, полученным в опыте короткого замыкания, рассчитать параметры схемы замещения трансформатора. Заполнить таблицу 10.2 в части “расчётные данные“.

10.4.2.5.1 Z_К – полное сопротивление обмоток трансформатора в опыте короткого замыкания. Расчёт произвести по формуле (12).

Где: U₁ - напряжение на первичной обмотке трансформатора в опыте короткого замыкания (показания вольтметра PV3).

I_1Н - номинальный ток первичной обмотки трансформатора = 0,8А.

10.4.2.5.2. R_К – активное сопротивление обмоток трансформатора в опыте короткого замыкания. Расчёт произвести по формуле (11).

Где: P_ЭЛ – активная мощность трансформатора в опыте короткого замыкания (показания ваттметра PW2 ).

10.4.2.5.3 X_К - реактивное сопротивление обмоток трансформатора в опыте короткого замыкания. Расчёт произвести по формуле (13).

10.4.2.5.4. R₁ и X₁ - активные и реактивные сопротивления первичной обмотки трансформатора. Расчёт произвести по формулам (17) и (18).

10.4.2.5.5. R₂ и X₂ - активные и реактивные сопротивления вторичной обмотки трансформатора. Расчёт произвести по формулам (23) и (24).

10.4.3. Провести опыт работы трансформатора в режиме с индуктивно-активной нагрузкой.

10.4.3.1. Определение параметров нагрузки R₁₈,L2.

10.4.3.1.1. Собрать схему согласно рис 10.7.

Рис.10.7.

10.4.3.1.2. Установить входное напряжение равное 0В (Uвх=0В):

- переключатель диапазонов TV2 установить в положение «100<-0»;

- переключатель величины напряжения установить в положение «0в».

10.4.3.1.3. Отключить тумблер SA4. Включить SA3.

10.4.3.1.4. С помощью переключателя ЛАТР TV2 установить показания амперметра PA1=1А (I_РА1=1А).

10.4.3.1.5. Снять показания вольтметра РV3 и ваттметра РW2

(при необходимости для более точного измерения использовать

нажатие кнопки «150Вт»). Результаты измерений внести в таблицу

10.3 в части “ измеренные данные ”.

10.4.3.1.6. Отключить тумблер SA3 (выключить питание цепи) и

разобрать схему.

10.4.3.1.7. Рассчитать значения параметров:

- активного сопротивления R₁₈;

- полного сопротивления цепи Z_L2 (с учётом значения активного сопротивления R₁₈);

- индуктивного сопротивления X_L2;

- значение индуктивности катушки L2.

Расчёт параметров произвести по формулам:

; ;

; .

Где: f–частота переменного тока(промышленная частота),

f=50 Гц.

10.4.3.1.8 Результаты расчёта внести в таблицу 10.3 в части “расчётные данные“.

Таблица 10.3.

измеренные данные			расчётные данные
IPA1,А	РPW2,Вт	UPV3,В		R18,Ом	ZL2,Ом	XL2,Ом	L2,Гн
1

10.4.3.2. Определить коэффициент мощности нагрузки R18,L2 и К.П.Д. трансформатора.

10.4.3.2.1. Собрать схему согласно рис 10.5. Тумблеры SA3 и SA4 отключены (в нижнем положении).

10.4.3.2.2. Установить входное напряжение равное 0В (Uвх=0В):

- переключатель диапазонов TV2 установить в положение «100<-0»;

- переключатель величины напряжения установить в положение «0в».

10.4.3.2.3. Включить тумблер SA3. С помощью переключателя ЛАТР TV2 установить показания вольтметра PV3 = 220в (U_PV3=U_1Н=220В).

10.4.3.2.4. Снять показания приборов PA1(I_PA1),PW2(P_PW2),

PV2(U_PV2),PA2(I_PA2) и заполнить таблицу 10.4. Отключить тумблер

SA3.

Таблица 10.4.

UPV3, В	PPW2, Вт	UPV2, В	IPA2, А	IPA1, А
220

10.4.3.2.5. Коэффициент мощности нагрузки определить по формуле (25). Значения R₁₈ и Z_L2 взять из таблицы 10.3. Результат расчёта внести в таблицу 10.5.

Таблица 10.5.

cos2Н			P2,Вт	I2Н, А	∆U%	UК.А.%	UК.Р.%	U2, В

10.4.3.2.6. К.П.Д. трансформатора при нагрузке L2,R₁₈ рассчитать по формуле (28).

Где: Sн – полная мощность трансформатора.

Sн принять равной 176Вт.

 - коэффициент нагрузки трансформатора (рассчитать по формуле (29)).

I₂ - ток во вторичной обмотке трансформатора с подключенной нагрузкой.

I₂ = I_PA2

I_2Н – номинальный ток во вторичной обмотке трансформатора

(рассчитать по формуле (30)).

Принять за значение U_2Н напряжение на вторичной обмотке U_2.0 в опыте холостого хода трансформатора (п.п. 10.4.1.5 показания PV2).

P₂ – полезная мощность потребителя (рассчитать по формуле (31)).

P_СТ - активная мощность, потребляемая трансформатором в опыте холостого хода (п.п. 10.4.1.5 показания PW2).

P_ЭЛ - активная мощность, потребляемая трансформатором в опыте короткого замыкания (п.п. 10.4.2.3 показания PW2).

Результаты расчёта внести в таблицу 10.5.

10.4.3.3. Для нагрузки R₁₈,L2 рассчитать потери напряжения ∆U_% (в процентах) и вторичное напряжение U₂. Рассчитанное значение U₂ сравнить с измеренным (показания вольтметра PV2 п.п.10.4.3.2.4).

10.4.3.3.1. ∆U_% - потери напряжения. Рассчитать по формуле(33).

Где: U_К.А.% - активная составляющая напряжения короткого замы­кания трансформатора, рассчитать по формуле (34);

U_К.Р.% - реактивная состав­ляющая напряжения короткого замыкания трансформатора, рассчитать по формуле (35).

I_1Н - принять = 0,8А.

U_1Н - принять = 220в.

R_К - активное сопротивление обмоток трансформатора в опыте короткого замыкания (взять из п.п. 10.4.2.5.2).

X_К - реактивное сопротивление обмоток трансформатора в опыте короткого замыкания (взять из п.п. 10.4.2.5.3).

 -коэффициент нагрузки трансформатора (взять из п.п.10.4.3.2.6).

cosφ_2Н - коэффициент мощности нагрузки (взять из п.п.10.4.3.2.5).

sin φ_2Н – рассчитывается из значения cos φ_2Н (из значения cosφ_2Н определяется угол φ_2Н, затем определяется sin этого угла).

10.4.3.3.2. U₂ – напряжение на нагрузке. Рассчитать по формуле (32).

Принять за U_2Н напряжение на вторичной обмотке U_2.0 в опыте холостого хода трансформатора (п.п. 10.4.1.5 показания PV2).

10.4.3.3.3. Результаты расчёта внести в таблицу 10.5.

10.4.3.4. Руководствуясь п.п. 10.2.4.3, построить внешнюю характеристику трансформатора U₂ =f().

U_К.А.%,U_К.Р.%, cos φ_2Н взять из таблицы 10.5 и считать неизменными для всей характеристики при значениях  от 0 до 1.

10.4.4. Провести опыт работы трансформатора в режиме с индуктивно-ёмкостной нагрузкой.

10.4.4.1. Собрать схему согласно рис 10.8. Тумблеры SA3 и SA4 отключены (в нижнем положении).

Рис. 10.8.

10.4.4.2. Установить входное напряжение равное 0В (Uвх=0В):

- переключатель диапазонов TV2 установить в положение «100<-0»;

- переключатель величины напряжения установить в положение «0в».

10.4.4.3. Установить величину ёмкости С₁₁ = 4мкф.

10.4.4.4. Включить тумблер SA3. С помощью переключателя ЛАТР TV2 установить показания вольтметра PV3 = 220в (U_PV3=U_1Н=220В).

10.4.4.5. Снять показания приборов PA1(I_PA1),PW2(P_PW2),

PV2(U_PV2),PA2(I_PA2) и заполнить таблицу 10.6 в части “ измеренные

данные ”. Отключить тумблер SA3. Разобрать схему.

Таблица 10.6.

измеренные данные					расчётные данные
UPV3, В	PPW2, Вт	UPV2, В	IPA2, А	IPA1, А	cos2Н			∆U%	U2, В
220

10.4.4.6. Определить коэффициент мощности нагрузки трансформатора по формуле:

Где: - активная проводимость нагрузки;

y – полная проводимость нагрузки;

²

b_L - индуктивная проводимость нагрузки;

b_c - проводимость конденсатора;

b_c = ωC₁₁ = 2πfC₁₁

Значения R₁₈,Z_L2 и X_L2 взять из таблицы 10.3.

10.4.4.7. Определить К.П.Д. трансформатора (по формуле (28)).

Значение cos_2Н взять из п.п. 10.4.4.6. При расчёте коэффициента нагрузки трансформатора (формула(29)), I₂ взять из таблицы 10.6 (I₂ = I_PA2 ).

10.4.4.8. Записать рассчитанные значения ,  и cos_2Н в

таблицу 10.6 в части “расчётные данные“. Сравнить со значениями полученными в опыте работы трансформатора с индуктивной нагрузкой (таблица 10.5).

10.4.4.9. Рассчитать потери напряжения ∆U_% (по формуле (33))и вторичное напряжение U₂ (по формуле (32)).

Значения U_К.А.% и U_К.Р.% взять из таблицы 10.5.

Значения  и cosφ_2Н из таблицы 10.6.

sin φ_2Н – рассчитывается из значения cos φ_2Н (из значения cosφ_2Н определяется угл φ_2Н, затем определяется sin этого угла).

Принять за U_2Н напряжение на вторичной обмотке U_2.0 в опыте холостого хода трансформатора (п.п. 10.4.1.5 показания PV2).

10.4.4.10. Записать рассчитанные значения ∆U_% и U₂ в

таблицу 10.6 в части “расчётные данные“. Сравнить со значениями, полученными в опыте работы трансформатора с индуктивной нагрузкой (таблица 10.5).

10.4.4.11. Руководствуясь п.п. 10.2.4.3. построить внешнюю характеристику трансформатора U₂ =f().

U_К.А.% и U_К.Р.% взять из таблицы 10.5. Сos φ_2Н взять из таблицы 10.6. Считать U_К.А.%,U_К.Р.% и сos φ_2Н неизменными для всей характеристики при значениях  от 0 до 1.