Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Исследование однофазного трансформатора.doc
Скачиваний:
8
Добавлен:
07.09.2019
Размер:
230.4 Кб
Скачать

Лабораторная работа «исследование однофазного трансформатора»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Ознакомиться с устройством, характеристиками и методами исследования однофазного трансформатора.

Теоретическое введение

Трансформатор состоит из стального магнитопровода, собранного из тонких стальных листов, изолированных друг от друга с целью понижения потерь мощности на гистерезис и вихревые токи.

На матнитопроводе однофазного трансформатора (рис. 1) расположены две обмотки, выполненные из изолированного провода - первичная и вторичная.

К первичной обмотке подводится питающее напряжение U1. Со вторичной обмотки снимается напряжение U2, которое подводится к потребителю электрической энергии Основными рабочими характеристиками трансформатора являются:

– номинальное первичное напряжение U1,

– номинальное вторичное напряжение U2,

– номинальный первичный ток I1,

– номинальный вторичный ток I2,

– номинальный коэффициент трансформации n,

– номинальная полная мощность SН,

– коэффициент мощности cosφ,

– коэффициент полезного действия η.

Для определения характеристик трансформатора проводят опыты холостого хода и короткого замыкания.

При опыте холостого хода к первичной обмотке трансформатора подводится напряжение, равное номинальному его значению U1Н. Вторичная обмотка трансформатора при этом разомкнута и ток в ней равен нулю (I2=0), в то время как в первичной обмотке трансформатора будет ток холостого хода I10, значение которого обычно невелико и составляет порядка 3-10 % от номинального тока первичной обмотки I1H. С увеличением номинальной мощности трансформатора относительное значение тока холостого хода снижается.

Воспользовавшись вторым законом Кирхгофа для первичной и вторичной цепей трансформатора в режиме холостого хода, можно получить уравнения электрического равновесия:

,

где:

.

Пренебрегая влиянием падения напряжения на первичной обмотке трансформатора I10Z1 ввиду его небольшого значения по сравнению с E1, коэффициент трансформации приближенно можно определить по показаниям приборов при опыте холостого хода как отношение первичного напряжения U1Н ко вторичному напряжению U20:

.

Активная мощность, потребляемая трансформатором в режиме холостого хода P0, затрачивается на потери мощности в магнитопроводе и электрические потери мощности в первичной обмотке:

P0=PмЭ1.

Так как активное сопротивление первичной обмотки R1, как и ток холостого хода I0 трансформатора, обычно незначительно, то электрические потери в этой обмотке оказываются очень небольшими и ими можно пренебречь. В результате этого можно принять, что мощность, потребляемая трансформатором в опыте холостого хода и измеряемая ваттметром, расходуется на потери в магнитопроводе, обусловленные гистерезисом и вихревыми токами т. е. Р0 = Рм.

Опыт короткого замыкания проводится в процессе исследований трансформатора для определения электрических потерь мощности в проводах обмоток и параметров упрощенной схемы замещения трансформатора. Этот опыт проводится при замкнутой накоротко вторичной обмотке трансформатора. При этом напряжение на вторичной обмотке U2 = 0.

При проведении опыта короткого замыкания трансформатора, в отличие от опасного режима короткого замыкания, возникающего в аварийных условиях самопроизвольно, к первичной обмотке трансформатора подводится малое напряжение U1К около 5 % от U1Н, при котором в его обмотках возникают токи, равные номинальным I1K=I1H.

При опыте короткого замыкания вся мощность, потребляемая трансформатором, идет на нагрев обмоток трансформатора, т. е. равна электрическим потерям РЭ в проводах обмоток трансформатора:

Pк = PЭ + Pм R1I1H2 + R2I2H2 + Pм.

В выражение для Рк входят I1H и I2H – номинальные значения токов, так как опыт короткого замыкания проводится при номинальном значении тока I1K=I1H. Поэтому, с учетом того, что Рм 0, мощность РК = РЭ, т.е. равна потерям мощности в обмотках трансформатора при номинальной нагрузке.

В соответствии с вышеизложенным, измерив напряжение, ток и активную мощность, при опыте короткого замыкания, можно определить параметры упрощенной схемы замещения трансформатора при коротком замыкании (рис. 2).

,

где RK, XK и ZK – активное, реактивное индуктивное и полное сопротивления короткого замыкания трансформатора соответственно.

При опыте нагрузки трансформатора получают нагрузочные характеристики трансформатора – зависимости вторичного напряжения U2, коэффициента мощности cosφ1 и коэффициента полезного действия η от тока нагрузки I2 при cosφ2 = const. Характер этих зависимостей представлен на рис. 3

Рис. 2. Схема замещения трансформатора

Рис. 3. Нагрузочные характеристики трансформатора

Зависимость U2(I2) напряжения на зажимах вторичной обмотки от тока нагрузки является внешней характеристикой трансформатора. Вторичная обмотка трансформатора по отношению к потребителю электроэнергии является источником энергии, поэтому направление тока во вторичной обмотке (см. рис. 1) совпадает с направлением ЭДС Е2 в этой обмотке.

На основании второго закона Кирхгофа для вторичной цепи получим уравнение для внешней характеристики трансформатора

.

Из полученного выражения следует, что изменение тока нагрузки трансформатора приводит к изменению напряжения на зажимах его вторичной обмотки.

Коэффициент полезного действия трансформатора представляет собой отношение полезной мощности к мощности, потребляемой им из сети:

,

где P2 = U2I2, β = I2 /I2H; Рмпотери в магнитопроводе трансформатора (находят из опыта холостого хода); РЭ – электрические потери в обмотках трансформатора (определяют из опыта короткого замыкания).