Исследование однофазного трансформатора

Цель работы. Изучение основных физических явлений в трансфор­маторе. Испытание трансформатора в режимах: холостого хода, короткого замыкания и нагрузки. Определение номинальных дан­ных трансформатора по данным опытов холостого хода и короткого замыкания.

Подготовка к работе

1. Ознакомиться с описанием лабораторной работы. Начертить схе­мы опытов, наметить порядок проведения опытов, заготовить таблицы для записи опытных данных.

2. Подготовиться к ответу на вопросы:

2.1. Устройство и принцип действия однофазного трансформа­тора.

2.2. Почему в трансформаторе применяется стальной сердеч­ник и как он выполняется?

2.3. Для каких целей делают опыты холостого хода (хх) и короткого замыкания (кз)? Методика их проведения.

2.4. Что называется напряжением короткого замыкания?

2.5. В чем отличие опыта короткого замыкания от аварийного короткого замы­кания трансформатора?

2.6. Почему при опыте кз пренебрегают потерями в стали, а при опыте хх - потерями в обмотках?

2.7. Как практически определить коэффициент трансформации трансформатора?

2.8. От чего зависит кпд трансформатора? Записать фор­мулу кпд.

2.9. Начертить схему замещения трансформатора. Разобраться, что замещает каждое из сопротивлений схемы замещения и записать формулы для их расчета.

2.10. Записать основные уравнения электрического и магнит­ного состояния трансформатора.

2.11. Какова физическая сущность внешних характеристик тран­сформатора при различных видах нагрузки?

Описание установки

В лабораторной работе исследуется однофазный трансформа­тор с номинальными параметрами: номинальная мощность Р_Н = 286 ВА, номинальные напряжения U_1H = 220 В, U_2H = 36 В; номинальные токи I_1H = 1,3 А; I_2H = 7,9 А. Остальные номинальные параметры трансформатора (потери в стали Р_CТ, потери в меди Р_М, ток холостого хода I₀, напряжение кз U_1К, коэффициент трансформации К_Т и кпд h_Н) необходимо определить в работе по результа­там опытов хх и кз. Для определения индукции В и напряженности Н в магнитопроводе трансформатор имеет вспомогательную обмот­ку, намотанную белым проводом. Для проведения опытов хх и кз питание трансформатора осуществляется от сети переменного тока через автотрансформатор.

Содержание работы

1. Ознакомиться с трансформатором, приборами, оборудованием; паспортные данные приборов занести в табл.3.1.

Таблица 3.1 - Паспортные данные измерительных приборов

2. Собрать схе­му рис.3.1. После проверки схемы преподавателем произвести опыт холостого хода. Предварительно, не включая напряжения, провести снятие размеров магнитопровода (ℓ_СР, S) и под­счет числа витков вспомогательной катушки W_3.

Рисунок 3.1- Схема опыта холостого хода

Подать с ЛАТРа на первичную обмотку трансформатора номинальное напряже­ние и записать в таблицу 3.2 показания приборов.

Таблица 3.2 - Результаты опыта холостого хода

где U_1XX – номинальное напряжение, В;

U_2XX – напряжение на вторичной обмотке;

I₀ – ток холостого хода, А;

α – число делений на шкале ваттметра;

C_W – цена деления ваттметра, Вт/дел.

P_1XX – мощность при холостом ходе, Вт;

U_3ХХ – напряжение на вспомогательной катушке, В;

W₃ – число витков вспомогательной катушки;

l_СР – средняя длина магнитной силовой линии, м;

S – площадь сечения магнитопровода,м²;

В_m – амплитуда индукции в магнитопроводе.

, Тл

Н - величина напряженности в магнитопроводе.

, А/м,

где W­₁ – число витков первичной обмотки: ;

W₂ - число витков вторичной обмотки: ,

К_т - коэффициент трансформации:

3. Собрать схему 3.2 и после проверки её преподавателем произве­сти опыт короткого замыкания. В опыте кз в первичную цепь ставиться рV₂

Рисунок 3.2 - Схема опыта короткого замыкания

Перед подачей напряжения убедиться в установке ЛАТРа на минимальное напряжение (ручка должна быть повернута до отказа против часовой стрел­ки). Включить ру­бильник и при помощи ЛАТРа плавно повышая напряжение, довести ток в первичной обмотке до номинального. Данные занести в табл.3.3.

Таблица 3.3 - Результаты опыта короткого замыкания

U_1K - напряжение на первичной обмотке при опыте кз, В;

I_1H – номинальный ток при опыте кз в первичной обмотке, А;

I_1КЗ - ток первичной обмотки, потребляемый трансформатором при случайном коротком замыкании вторичной обмотки и номинальном первичном напряжении.

; .

4. После проверки схемы (рис.3.3) преподавателем снять внешние характеристики трансформатора U₂ = f (I₂) при активной наг­рузке.

Рисунок 3.3 - Схема исследования трансформатора под нагрузкой

Напряжение на первичной обмотке поддерживать постоянным и равным номинальному. Ток нагрузки изменять в пределах от 0 до 1,25 I_2H. Сделать 6-7 замеров. Данные занести в табл.3.4.

Таблица 3.4 - Исследование трансформатора под нагрузкой

Содержание отчета

1. Пользуясь данными опыта холостого хода вычислить коэффици­ент трансформации, потери в стали, число витков обмоток трансформатора, индукцию в магнитопроводе В_m, напряженность магнитного поля Н и cosj₀.

2. Из опыта короткого замыкания определить потери в меди, напряжение короткого замыкания U_1K, cosj_к, ток первичной обмотки I_1КЗ при коротком замыкании трансформатора и по­даче на первичную обмотку номинального напряжения.

3. Построить внешнюю характеристику U₂ = f(I₂) по данным табл.3.4.

Задание по УИРС

1. Начертить схему замещения трансформатора и используя данные опытов кз и хх вычислить параметры схемы замещения трансформатора: z₁, r₁, x₁, z₂, r₂, x₂, z₀, r₀, x₀.

2. Определить кпд трансформатора для режима активной нагрузки при b=0,5 и b=1.

3. Проверить расчетом напряжение U₂ из табл.3.4 при одном из значений замеренных токов I­₂.