Исследование однофазного трансформатора

Лабораторная работа № 15

Исследование однофазного трансформатора

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Испытание трансформатора в режиме холостого хода, короткого замыкания и под нагрузкой. Построение на основании опытных данных характеристик трансформатора и нахождение параметров схемы замещения.

НЕКОТОРЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ВСТРЕЧАЮЩИЕСЯ В РАБОТЕ

– комплекс действующего значения напряжения на первичной обмотке;

– комплекс действующего значения напряжения на вторичной обмотке;

– комплекс действующего значения тока в первичной обмотке;

– комплекс действующего значения тока во вторичной обмотке;

– комплекс полного сопротивления первичной обмотки;

– активное сопротивление первичной обмотки;

– индуктивное сопротивление рассеяния первичной обмотки;

– комплекс полного сопротивления вторичной обмотки;

– активное сопротивление вторичной обмотки;

– индуктивное сопротивление рассеяния вторичной обмотки;

– число витков первичной обмотки;

– число витков вторичной обмотки;

– коэффициент трансформации;

- полная номинальная мощность трансформатора.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Электромагнитные процессы, происходящие в трансформаторе, описываются следующей системой уравнений: для первичной обмотки

.     (15.1а)

То есть приложенное напряжение уравновешивается ЭДС индукции, наводимой в первичной обмотке основным магнитным потоком, а также падением напряжения на этой обмотке . Таким образом (15.1а) – уравнение электрического равновесия в первичной обмотке;

для вторичной обмотки

.      (15.1б)

То есть ЭДС, индуктируемая во вторичной обмотке основным магнитным потоком, уравновешивается падениями напряжения во вторичной обмотке трансформатора и на нагрузке . Таким образом (15.1б) – уравнение электрического равновесия для вторичной обмотки;

для магнитопровода

.     (15.1в)

То есть приложенная МДС  уравновешивается МДС вторичной обмотки  и падением магнитного напряжения  на магнитопроводе. Если провести формальную замену , то получим уравнение магнитного равновесия в виде

.

Сводим (15.1а – 15.1в) в одну систему

Умножив второе уравнение на коэффициент трансформации , а третье - разделив на , получим:

Структура уравнений (15.2) аналогична системе уравнений составленных по законам Кирхгофа для следующей электрической схемы (рис.15.1)

Эта схема называется электрической схемой замещения однофазного трансформатора. Шесть элементов на ней (и соответствующие им параметры) имеют определенный физический смысл:

- активное сопротивление, характеризующее потери мощности в первичной обмотке (так называемые электрические потери);

- активное сопротивление, характеризующее потери мощности во вторичной обмотке, приведенное к первичной (так называемые электрические потери);

- активное сопротивление, характеризующее потери мощности в магнитопроводе трансформатора на гистерезис и вихревые токи (так называемые магнитные потери);

- индуктивное сопротивление, характеризующее влияние ЭДС, наводимой в первичной обмотке магнитными потоками рассеяния (см. лаб. раб. №11);

- индуктивное сопротивление, характеризующее влияние ЭДС, наводимой во вторичной обмотке магнитными потоками рассеяния, приведенное к первичной;

- индуктивное сопротивление, характеризующее влияние ЭДС, наводимой в обмотках трансформатора основным магнитным потоком.

Параметры схемы замещения можно определить опытным путем, проведя так называемые опыты холостого хода и короткого замыкания.

Опытом холостого хода называется испытательный режим работы трансформатора, когда вторичная обмотка (а – х) разомкнута (отключена от нагрузки), а на первичную обмотку (А – Х) подано номинальное напряжение . Схема включения трансформатора приведена на рис.15.2.

Опыт проведения такого эксперимента для различных трансформаторов свидетельствует о том, что амперметр покажет ток , а ваттметр мощность . Следовательно, коэффициент мощности в режиме холостого хода лежит в пределах

Используя данные, полученные в результате указанного опыта, можно определить: коэффициент трансформации  два из шести параметров схемы замещения  и

.    15.3

Опытом короткого замыкания называется испытательный режим работы трансформатора, при котором вторичная обмотка замыкается накоротко, а на первичную обмотку подается такое пониженное напряжение , чтобы ток в первичной обмотке был бы равен номинальному . Схема включения трансформатора приведена на рис. 15.3.

Опыт проведения такого эксперимента для различных трансформаторов свидетельствует о том, что вольтметр покажет напряжение

,

а ваттметр - мощность

.

Следовательно, коэффициент мощности в этом режиме составит

.

С помощью опыта короткого замыкания можно определить: четыре оставшихся параметра схемы замещения

активную и реактивную составляющие напряжения короткого замыкания  и :

,

а также их относительные значения

.

Испытание трансформатора под нагрузкой. Схема включения трансформатора приведена на рис. 15.4. Во вторичную цепь включают нагрузочный реостат , на первичную обмотку подают номинальное напряжение . Опыт позволяет определить эксплуатационные характеристики трансформатора: зависимости: КПД , потребляемого тока  (или потребляемой мощности ), напряжения на нагрузке  и коэффициента мощности  от тока нагрузки  (или от коэффициента нагрузки ).

Анализ характеристик

При неизменном напряжении  обеспечивается постоянство магнитного потока, а, следовательно, тока , создавшего этот поток. Поэтому в процессе работы трансформатора ток  не изменяется и остается на уровне  (см. опыт холостого хода). Такой величиной можно пренебречь. Тогда система (15.2) примет вид

,    (15.5)

где . Схема замещения, соответствующая системе уравнений (15.5) показана на рис. 15.5

Для такой схемы можно начертить так называемую упрощенную векторную диаграмму, показанную на рис. 15.6. Опираясь на сказанное выше, определим примерный вид рабочих (эксплуатационных) характеристик трансформатора , при .

  1.  . Из (15.5в) имеем , т.е. это примерно прямая линия (рис. 15.7).
  2.  . Вид этой характеристики – общий для всех электрических машин (см. лаб. раб. №11) показан на рис. 15.7.
  3.  . При  (холостой ход) . По мере возрастания тока  растут потери мощности в обмотках и отдаваемая активная мощность, т.е. . При больших токах сердечник насыщается и начинают возрастать потоки рассеяния, следовательно,  и , а доля активной мощности  уменьшается и .

  1.  Внешняя характеристика . Из векторной диаграммы (рис. 15.6) следует  или . С достаточной для практических расчетов точностью эти соотношения можно заменить соотношением между модулями векторов  или

Величина  или  называется изменением вторичного напряжения трансформатора при переходе от холостого хода к номинальной нагрузке. Она равна разности между вторичным напряжением при холостом ходе  и его значением при номинальной

нагрузке. В зависимости от характера нагрузки  может быть как больше (активный или активно-индуктивный характер нагрузки), так и меньше нуля (активно-емкостный характер нагрузки). Поэтому вид характеристики  также зависит от характера нагрузки (рис.15.8).

 

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Эксперимент выполняют на установке (рис.15.9). Со стороны первичной обмотки (А – Х) исследуемого трансформатора установлены приборы для измерения первичного напряжения , тока , активной мощности . Со стороны вторичной обмотки (а – х) измеряют ток нагрузки , определяемый величиной сопротивления нагрузочного реостата  и напряжения . Питание установки осуществляется от сети переменного тока, через однофазный автоматический включатель B–1 и регулирующий автотрансформатор (АТ). Ключ К нужен для проведения опыта холостого хода.

ПРОВЕДЕНИЕ ОПЫТА

  1.  Произвести внешний осмотр трансформатора и записать его паспорт-

ные данные в протокол испытаний.

  1.  Измерить мегомметром сопротивление изоляции  и  обмоток трансформатора относительно магнитопровода и сопротивление изоляции  между обмотками трансформатора. Результаты измерений записать в таблицу 1.

Таблица №1

кОмкОмкОм

  1.  Собрать схему (рис. 15.9) для экспериментального исследования трансформатора. Регулятор автотрансформатора (АТ) поставить в нулевое положение (напряжение на его выходе равно нулю), ключ К разомкнуть.
  2.  После проверки схемы включить B–1 и с помощью автотрансформатора установить номинальное значение напряжения  на зажимах первичной обмотки. Записать показания в таблицу 2 опыт №1.
  3.  Замкнуть ключ К и, изменяя ток  в пределах  (с помощью ) заполнить пп. 2–6 таблицы II. Во время проведения опыта напряжение  поддерживать постоянным (=).

Таблица 2

№ опытаНаименование опыта, А, кВт, В, А1Холостой ход2Нагрузка 34567Короткое замыкание           , В

  1.  Заменить вольтметр  другим из расчета . Перемкнуть зажимы a–x (вторичная обмотка) накоротко. После проверки схемы, установив автотрансформатор в нулевое положение, включить B–1. Установить в первичной обмотке ток . Показания приборов записать в п.7 таблицы 2.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА

  1.  Вычислить коэффициент трансформации , относительные значения тока холостого хода (%) и магнитных потерь (%), по данным п.1 таблицы 2, пользуясь формулами:

.

  1.  Вычислить относительное значение напряжения короткого замыкания  и мощность электрических потерь , по данным п.7 таблицы II, пользуясь формулами:

.

  1.  Для всех опытов найти

и заполнить таблицу 3.

Таблица 3

Наименование опыта, В, А, Вт, В, А, %, Вт1Холостой ход2Нагрузка34567Короткое замыкание

  1.  Построить в одной координатной системе характеристики трансформатора в функции от : .
  2.  Начертить схему замещения трансформатора, вычислить ее параметры по формулам 15.3 и 15.4.
  3.  Выполнить индивидуальное задание по указанию преподавателя.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

  1.  Как устроен однофазный трансформатор?
    1.  От чего зависят величины ЭДС обмоток трансформатора?
    2.  Что называется коэффициентом трансформации? В каких случаях трансформатор называется повышающим (понижающим)?
    3.  Объяснить вид рабочих характеристик трансформатора.
    4.  Что такое схема замещения и как определяются ее параметры?

ЛИТЕРАТУРА

  1.  Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1983, с. 169–179
    1.  Кацман М.М. Электрические машины. – М.: Высшая школа, 1983, с. 12–56.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Файл

Электротехника2часть2.doc

Электротехника2часть2.doc
Размер: 789.5 Кб

.

Пожаловаться на материал

Лабораторная работа. Испытание трансформатора в режиме холостого хода, короткого замыкания и под нагрузкой. Построение на основании опытных данных характеристик трансформатора и нахождение параметров схемы замещения.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Основні етапи підготовки та проведення зборів

Реферат. Нарада як вид організації ділового спілкування групи. Етапи підготовки і проведення зборів. Технологія підготовки проведення нарад і зборів. Протокол наради

Фольклор

Фольклор театра, Поэтика былинного эпоса. Определение жанра, Принципы классификации, характеристика. Легенда и народные религиозные верования, сказки, обряды.

Викладач ВНЗ. Етапи професійного становлення та розвитку викладача вищої школи. Мистецтво самопрезентації викладача

Методологічні засади навчання. Рушійні сили процесу навчання. Навчання як специфічний процес соціальної діяльності

Эквивалентные преобразования электрических цепей

Практическое занятие. Основные теоретические сведения. Эквивалентное преобразование последовательного соединения резисторов. Треугольник и звезда резисторов. Примеры решения задач.

Введение в системную семейную психотерапию

Краткий лекционный курс. Семейная психотерапия

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok