Время-4 час

Цель работы:

Произвести испытание однофазного трансформатора в режимах холостого хода, короткого замыкания и в режиме нагрузки резистивными приемниками.

Экспериментально определить коэффициент трансформации, ток холостого хода, потери мощности в сердечнике.

Экспериментально определить напряжение короткого замыкания и потери мощности в обмотках при номинальной нагрузке.

По экспериментальным данным построить внешнюю характеристику трансформатора и определить изменение напряжения при нагрузке.

По экспериментальным данным построить рабочие характеристики трансформатора.

Содержание

Рис. 1. Электромагнитная схема трансформатора

Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника, который набирается из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга слоем лака. Делается это для уменьшения вихревых токов. На сердечнике располагаются две катушки, их называют обмотками, которые тщательно изолированы от сердечника и не имеют электрической связи друг с другом. Обмотка, которая подключается к источнику энергии, называется первичной, обмотка, к которой подключается приемник энергии, называется вторичной. Начало и конец обмотки высшего напряжения обозначаются соответственно начальными и конечными буквами латинского алфавита ”А” и ”Х”. Начало и конец обмотки низшего напряжения обозначаются теми же малыми буквами латинского алфавита ”а” и ”х”. При подключении первичной обмотки, имеющей w витков, к источнику синусоидального напряжения - u₁, в цепи первичной обмотки течет ток - i₁. Намагничивающая сила этого тока - i₁w₁ создает переменный магнитный поток Ф_осн, который замыкается по сердечнику, пронизывая обе обмотки. Этот поток индуцирует в обмотках электродвижущие силы:

;	(1)
.	(2)

Если вторичная обмотка замкнута, то под действием ЭДС ”е₂” в цепи вторичной обмотки потечет ток. Отношение электродвижущих сил определяется отношением чисел витков первичной и вторичной обмоток и для трансформатора есть постоянная величина, которая называется коэффициентом трансформации.

.

(3)

Величина коэффициента трансформации может быть найдена экспериментально или вычислена по паспортным данным.

В паспорт трансформатора заносятся номинальная мощность S, номинальное напряжение и токи обмоток. Номинальной полезной мощностью трансформатора называется полная мощность на зажимах вторичной обмотки - S_2н, она приблизительно равна полной мощности потребляемой первичной обмоткой - S_1н, т.е.

.

(4)

Номинальным напряжением называется напряжение на зажимах обмотки при холостом ходе трансформатора, обозначается - U_1н, U_2н.

Номинальным током называется ток, связанный с номинальной мощностью и номинальным напряжением следующим соотношением:

(5)

Эксплуатационные характеристики трансформатора определяются изменением вторичного напряжения при нагрузке, потерями мощности в сердечнике и обмотках, коэффициентом полезного действия. Все эти величины могут быть рассчитаны по данным опытов холостого хода и короткого замыкания, которые характеризуют работу трансформатора в предельных режимах нагрузки: при ее отсутствии I₂ = 0 и номинальной - I₂ = I_2н. Основным режимом работы трансформатора является режим нагрузки, когда вторичная обмотка замкнута на приемник и по ней протекает ток i₂. Сила тока i₂ определяется величинами ЭДС е₂ и полного сопротивления вторичной цепи. При наиболее распространенной индуктивной нагрузке, ток вторичной обмотки отстает от ЭДС - е₂ по фазе, при емкостной - опережает ЭДС на некоторый угол, определяемый параметрами вторичной цепи.

Появление тока во вторичной обмотке сопровождается появлением намагничивающей силы - i₂w₂, которая создает в сердечнике магнитный поток, направленный, в соответствии с принципом Ленца, навстречу потоку первичной обмотки, т.е. магнитный поток вторичной обмотки стремится размагнитить магнитопровод. Увеличение вторичного тока приводит к возрастанию мощности вторичной цепи - i₂е₂.

Согласно закону сохранения энергии это вызывает рост мощности потребляемой первичной обмоткой из сети - i₁u₁ и, следовательно,

Одновременно с увеличением тока первичной обмотки возрастает и намагничивающая сила - i₁w₁, прирост которой, компенсирует размагничивающее действие вторичного тока.

Протекание тока во вторичной обмотке трансформатора вызывает падение напряжения в ее активном и индуктивном сопротивлениях. Поэтому ЭДС - е₂ несколько отличается от напряжения U₂ на зажимах вторичной обмотки.

.

(6)

Эта величина может быть рассчитана по данным опытов холостого хода и короткого замыкания или определена по внешней характеристике, которая представляет собой зависимость вторичного напряжения от коэффициента загрузки - U₂ = f(b). При индуктивной нагрузке вторичное напряжение уменьшается с ростом вторичного тока. При номинальной нагрузке уменьшение напряжения будет тем больше, чем больше полные сопротивления обмоток.

Величина изменения напряжения при нагрузке зависит также от характера нагрузки. У силовых трансформаторов при b = 1 изменение напряжения составляет 5-10 %. Чтобы устранить нежелательное уменьшение напряжения на приемниках, трансформатор проектируют так, чтобы напряжение холостого хода U₂₀ было на 5% больше номинального напряжения приемников, кроме того предусматривается возможность изменения числа витков одной из обмоток при возрастании нагрузки.