Основні теоретичні положення

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

ВИПРОБОВУВАННЯ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Мета роботи

Вивчити будову і принцип дії трансформатора, випробувати його шляхом проведення дослідів холостого ходу, навантаження та короткого замикання, побудувати зовнішню характеристику трансформатора.

 

Основні теоретичні положення

 

Трансформатор складається із замкненого стального осердя магнітопроводу, на якому розміщені дві обмотки: низької напруги і високої напруги. Вони електрично не з'єднані та ізольовані між собою (рис. 7.1).

Рис. 7.1

 

По первинній обмотці W тече струм I, який створює магнітний потік Ф, більша частина якого замикається по стальному осердю. Цей потік індукує в первинній і вторинній обмотках трансформатора е.р.с., діючі значення яких дорівнюють:

Е₁ =4,44W,Ф f; Е₂=4,44W₂Ф f; (1)

Відношення Е₁ і Е₂ називається коефіцієнтом трансформації і визначається за формулою:

деU₁₀ та U₂₀ - відповідно напруги на первинній та вторинній обмотках при холостому ході.

Дослід холостого ходу проводять при розімкненій вторинній обмотці

(I₂= 0) і номінальній первинній напрузі (U₁=U_1нмМ) Уцьому досліді P _г =0,а тому ватметр, увімкнений у первинне коло, вимірює втрати холостого ходу. Оскільки при холостому ході втрати в міді майже дорівнюють нулю, то втрати холостого ходу є втратами в сталі:

Рхх=Рст. (3)

Втрати в сталі Р_ст або магнітні втрати, - це втрати на гістерезис і вихрові струми в сталевому осерді:

Рст=Р_r+Рв.с. (4)

З емпіричної формули відомо, що втрати на гістерезис і вихрові струми пропорційні квадрату магнітної індукції або квадрату магнітного потоку:

P_ст=B²абоPст=Ф² (5)

а потік пропорційний прикладеній напрузі U₁ тому

P_ст=U₁² (6)

З досліду холостого ходу (рис.7.2) визначають також струм холостого ходу I₀ і кут магнітного запізнення δ:

 

Втрати в міді - це втрати на нагрівання обмоток трансформатора струмами навантаження. Втрати в міді пропорційні квадрату струму навантаження. Із зміною струму навантаження втрати в міді змінюються, тому їх називають змінними.

Дослід короткого замикання проводять при накоротко замкненій вторинній обмотці (U₂ = 0); при цьому до первинної обмотки підводять зменшену напругу, так звану напругу короткого замикання U₁=U_кз, при якій встановлюються номінальні струми I₁=I_1нмМ і I₂=I_2нмМ.Потужність, споживана трансформатором, дорівнює втратам енергії на нагрівання в міді обмоток при номінальному навантаженні транс­форматора, а відносно малими втратами в сталі в цьому разі нехтують:

P_к.з.=Р_М. (8)

З досліду короткого замикання визначають опори первинної і вторинної обмоток трансформатора за формулами:

 

; ; ; . (9 )

У навантаженому трансформаторі струми первинної і вторинної обмоток

створюють відповідно свої магнітні потоки і ,які проходять по спільному магнітопроводу і створюють результуючий потік , що дорівнює їх геометричній сумі, так як потоки і зсунуті за фазою:

(10)

За другим законом Кірхгофа для первинної і вторинної обмоток

навантаженого трансформатора можна записати рівняння (рис.7.1):

 

Роботу трансформатора при навантаженні найкраще вивчити за векторною діаграмою (рис.7.4).

 

Векторну діаграму навантаженого трансформатора будують у такій послідовності:

1. Горизонтально відкладають вектор магнітного потоку , який визначають з рівняння (7.1).

2. Під кутом магнітного запізнення відкладають струм холостого ходу

3. Під кутом 90° вниз від вектора відкладають е.р.с і , внаслідок

відставання їх за фазою.

4. Під кутом , відносно вектора , відкладають вектор вторинного струму . Зсув фаз між вторинним струмом і е.р.с. визначають за формулою:

5. Згідно з рівнянням знаходять струм у первиннійобмотці, для чого до струму холостого ходу додають у зворотному напрямі зведений струм вторинної обмотки:

6. До кінця вектора добудовують трикутник спадів напруг на опорах вторинної обмотки і .

Вектор активного спаду напруги спрямовують паралельно струму , а вектор реактивного спаду напруги перпендикулярно до .

7. До зворотної первинної добудовують трикутник спадів напруг на опорах первинної обмотки (активної - в напрямі струму , реактивної перпендикулярно до струму ).

Корисна потужність трансформатора якщо врахувати його завантаження, дорівнюватиме

(13) де - відношення дійсного струму навантаження до номінального:

(14)

 

ККД трансформатора - це відношення корисної потужності Р₂, до всієї підведеної P₁:

(15)

 

Якщо врахувати ступінь завантаження трансформатора, то ККД ви­значатиметься за такою рівністю:

 

Номінальне значення ККД лежить у межах 98-99% для великих трансформаторів, і у межах 50-70% для малих трансформаторів.

 

7.3. Порядок виконання роботи

7.3.1. Ознайомитися з приладами і обладнанням, необхідним для проведення досліду.

7.3.2. Провести дослід холостого ходу трансформатора. Для цього необхідн в схемі (рис.7.5) до затискачів вторинної обмотки Т₂ увімкнути вольтметр PV₂

Автотрансформатором T₁ змінювати напругу U₁ від 0 до U_1н. Покази усіх приладів записати в таблицю 7.1.

7.3.3. Провести дослід при активному навантаженні. Для цього в схемі (рис.7.5) до затискачів вторинної обмотки Т₂увімкнути вольтметр PV₂, а також увімкнути послідовно з'єднані між собою амперметр PA₂ і змінний опір R. Автотрансформатором T₁ встановити напругу U₁=U_1н. Змінним опором R змінювати навантаження трансформатора від І₂ = 0 до І₂=І₂н (4-5 точок). Покази приладів записати в таблицю 7.1.

7.3.4. Провести дослід короткого замикання. Для цього необхідно трансформатором T₁ установити U₁=0, затискачі вторинної обмотки замкнути на амперметр PA₂. Автотрансформатором T₁ змінювати напругу U₁ так, щоб струм I₂, змінювався від І₂=0 до І₂=I_2н (4-5 точок). Покази приладів записати в таблицю 7.1.

7.3.5. 3а даними досліду холостого ходу визначити коефіцієнт трансформації трансформатора, втрати в сталі і побудувати характеристику холостого ходу.

7.3.6. За даними досліду активного навантаження визначити ККД для усіх режимів навантаження і побудувати зовнішню характеристику трансформатора і векторну діаграму.

7.3.7. За даними досліду короткого замикання визначити втрати вміді і опори первинної і вторинної обмоток трансформатора.

Режим роботи	U1, В	I1 A	Р1 Вт	U2 В	І2 А
Холостий хід
Навантаження
Коротке замикання

Таблиця 7.1

 

 

Зміст звіту

1. Мета роботи.

2. Необхідне обладнання.

3. Електрична схема кола, що досліджується.

4. Таблиці з дослідженнями і розрахунками.

5. Графік зовнішньої характеристики трансформатора і векторна діаграма.

6.Висновки.

 

 

Контрольні запитання

1. Пояснити призначення та принцип дії трансформатора.

2. Що таке коефіцієнт трансформації?

3. Які втрати потужності у трансформаторі?

4. Як побудувати векторну діаграму?

5. Запишіть рівняння рівноваги напруг і струмів в обмотках трансформатора.

6. Як визначається ККД трансформатора?

7. Як проводять дослід холостого ходу і які параметри трансформатора

можна визначити за даними цього досліду?

8.Як проводять дослід короткого замикання трансформатора і які

параметри трансформатора можна визначити за даними цього

досліду?

 

Література.

1. П.М. Монтік. Електротехніка та електромеханіка. Навчальний посібник. "Новий світ - 2000". Львів. 2007р. – 500с

2. Б.І. Паначевний, Ю.Ф. Свергун. Загальна електротехніка: теорія і практикум. Новн. Посібник. ""Каравела". Київ. 2003р. – 440с.

3. М.М. Кацман. Электрические машины. "Высшая школа" Москва. 1990г. – 463с.