Исследование однофазного трансформатора
Лекции.Орг

Поиск:


Устал с поисками информации? Мы тебе поможем!

Исследование однофазного трансформатора




 

Цель работы:

1. Изучить устройство, принцип работы трансформатора.

2. Определить коэффициент трансформации и напряжение короткого замыкания трансформатора.

3. Построить внешние характеристики трансформатора при различных нагрузках (активной, активно-индуктивной, емкостной).

4. Определить параметры схемы замещения трансформатора.

Основные теоретические положения

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования посредством магнитного потока электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения при неизменной частоте.

Электромагнитная схема трансформатора (а) и условные графические обозначения трансформатора (б, в) изображены на рис.1. На замкнутом магнитопроводе, набранном из листов электротехнической стали, расположены две обмотки. Первичная обмотка с числом витков W1подключается к источнику электрической энергии с напряжением U1. Вторичная обмотка с числом витков W2 подключается к нагрузке.

Под действием подведенного переменного напряжения U1 в первичной обмотке возникает ток i1 и появляется изменяющийся магнитный поток Ф. Этот поток индуцирует ЭДС e1 и e2 в обмотках трансформатора:

e1 = - W1 ; e2= - W2 .

ЭДС e1 уравновешивает основную часть напряжения источника U1 , ЭДС e2 создает напряжение U2 на выходных зажимах трансформатора.

При замыкании вторичной цепи ток вторичной обмотки i2создает собственный магнитный поток. Намагничивающие силы токов первичной и вторичной обмоток определяют результирующий рабочий магнитный поток, сцепленный с витками первичной и вторичной обмоток.

Небольшая часть магнитного потока сцеплена только с витками первичной обмотки. Эту часть потока называют потоком рассеяния первичной обмотки и обозначают Фs1. Аналогично образуется магнитный поток рассеяния вторичной обмотки Фs2.

к приемнику

а б

в

Рис.1

Рис.2

Магнитные потоки рассеяния наводят в соответствующих обмотках переменные ЭДС еs1 и еs2 . ЭДС рассеяния можно заменить падением напряжения на индуктивном сопротивлении рассеяния:

.

При изучении эксплуатационных свойств трансформатора следует учитывать активные сопротивления обмоток трансформатора R1 и R2. Тогда уравне-

ния электрического состояния обмоток трансформатора примут вид

- ЭДС, возбуждаемые рабочим потоком Ф;

- напряжение на вторичной обмотке трансформатора.

Так как величина мала, составляет не более единиц процентов от , то

U1» Е1 = wW1Ф = 4,44 f W1Фm , (1)

 

где f – частота напряжения сети;

Фm - амплитудное значение магнитного потока в трансформаторе.

Из выражения (1) видим, что при постоянной величине U1 магнитный поток Ф почти не изменяется, а значит незначительно меняется суммарная магнитодвижущая сила первичной и вторичной обмоток:

W1 + W2 = W1 ,

или, обозначив , получим уравнение токов трансформатора:

= + ,

где - ток первичной обмотки в режиме холостого хода.

Для построения схемы замещения реальный трансформатор заменяют приведенным. У приведенного трансформатора число витков первичной обмотки равно числу витков вторичной: W1 = W2¢. При замене реального трансформатора приведенным параметры первичной обмотки остаются неизменными, а параметры вторичной - приводятся к первичной. Параметры вторичной цепи приведенного трансформатора обозначаются так же, как и у реального, лишь снабжаются штрихом. Итак, уравнения приведенного трансформатора примут вид

= + .

Данным уравнениям соответствует Т-образная схема замещения трансформатора (рис.2).

Так как I1xсоставляет единицы процентов от I1ном , то Т-образную схему можно заменить на Г-образную (рис.3) или упрощенную (рис.4), где

Rк = R1 + R2¢ ; Xк = Xs1 + X¢s2; Rx = R0 + R1; Xx = X0 + Xs1 .

Рис.3 Рис.4

Параметры схем замещения определяются по данным опыта холостого хода (U1н , I1x , Px) и опыта короткого замыкания (Uк , I1н , Pк):

Zx = ; Rx = ; Zк = ; Rк = ;

Xx = ; Xк = .

Для определения параметров Т-образной схемы замещения упрощенно принимают: R1» R¢2 = ; Xs1 = X¢s2 = .

Коэффициентом трансформации называется соотношение ЭДС e1 и e2

= К .

Для трансформатора, работающего в режиме холостого хода, с достаточной для практики точностью можно считать, что

К » . (2)

Процентное изменение вторичного напряжения DU2 % при переменной нагрузке определяется так: DU2 % = , (3)

где U2x и U2 - соответственно вторичные напряжения при холостом ходе и заданной нагрузке.

У трансформаторов средней и большой мощности U2x и U2 мало отличаются друг от друга, использование формулы (3) приводит к значительным погрешностям, поэтому процентное изменение вторичного напряжения рассчитывается по формуле

DU2 % = b (Uкаcos j2 + Uкр sin j2) , (4)

где b = - коэффициент нагрузки; I2и I2 ном - соответственно фактический и номинальный ток во вторичной обмотке;

Uка и Uкр - соответственно активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания.

Uк % = ,

где Uк - напряжение в опыте короткого замыкания при номинальном токе в первичной обмотке.

Uка = Uк % cos jк = Uк % ; Uкр = .

Характеристики трансформаторов изображены на рис.5 и 6.

Рис.5 Рис.6

Внешние характеристики (рис.5) можно объяснить с применением формулы (4).

Увеличение напряжения при емкостной нагрузке кроме формулы (4) можно объяснить с помощью упрощенной схемы замещения трансформатора (рис.7). В последовательном контуре при увеличении емкости напряжение на конденсаторе изменяется по кривой (рис.8).

Рис.7 Рис.8

Напряжение на конденсаторе равно напряжению U2¢. Из рис.8 видно, что с увеличением емкости, а значит, с увеличением тока I2 = U2 / Xc = U2wC напряжение на зажимах трансформатора увеличивается.

Коэффициент мощности cos j1 трансформатора определяют по формуле



cos j1 = .

Коэффициент полезного действия трансформатора может быть определен экспериментальным путем:

h = , где P2 = U2I2 cos j2 .

Прямой метод определения КПД допустим для трансформаторов малой мощности. КПД трансформаторов средней и большой мощности определяют косвенным путем, используя данные опытов холостого хода и короткого замыкания по формуле

h = , (5)

где b = ; Sном - номинальная мощность трансформатора;

cos j2 - коэффициент мощности приемников;

Px и Pк - активные мощности соответственно при опыте холостого хода и короткого замыкания.

Описание лабораторной установки

 

Экспериментальное исследование однофазного трансформатора выполняется на установке (рис.9), где со стороны первичной обмотки АX трансформатора ТР предусмотрены приборы для измерения подводимого напряжения U1, тока I1 и активной мощности P1. Со стороны вторичной обмотки ах соответствующими приборами измеряют вторичное напряжение U2 и ток нагрузки I2, создаваемый при активной нагрузке – резисторами R1, R2, R3; при активно-индуктивной – дросселями с параметрами Rк , L; при емкостной нагрузке – конденсаторами С1, С2, С3. Для проведения опыта короткого замыкания предусмотрены клеммы К1, К2.

Параметры трансформатора: U1н = 220 В ; U2н = 100 В; S1н = S2н = 100 ВА. Активное сопротивление дросселя: Rк = 10 Ом.

Питание установки осуществляется от сети переменного напряжения через двухполюсный выключатель В и регулирующий автотрансформатор ЛАТР.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Ознакомиться с приборами, аппаратами и оборудованием экспериментальной установки и записать их технические характеристики.

2. Исследовать трансформатор в режиме холостого хода и нагруженном режиме.

Для этого необходимо следующее:

- выключатель “B” должен находиться в положении “Выкл.”;

- поворотом влево ручки регулируемого автотрансформатора ЛАТР “Рег. U1” установить в нулевое положение;

- клеммы К1и К2 – разомкнуты;

- все тумблеры вторичной обмотки трансформатора В1…В9 – в положении “Выкл.”.

После проверки правильности подготовки к проведению опыта включить выключатель В, ручкой регулирующего автотрансформатора “Рег. U1” установить номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора и записать показания всех приборов в табл. 1 для режима холостого хода.

Нагрузить трансформатор, включая тумблеры В1, В2, В3. После каждого включения занести показания приборов в табл. 1 для активной нагрузки; выключить тумблеры В1, В2, В3.

 

 

Рис.9

Нагрузить трансформатор на активно-индуктивную нагрузку, включая тумблеры В4, В5, В6 , и после каждого включения записать показания приборов в табл. 1 для активно-индуктивной нагрузки; отключить активно-индуктивную нагрузку, установив тумблеры В4 , В5, В6 в положение “Выкл.”.

Аналогичные измерения произвести при емкостной нагрузке, данные занести в табл. 1.

Таблица 1

Измерено Вычислено Режим
U1 , B I1 , A P1 , Вт U2 , B I2 , A cosj1 cosj2 P2 , Вт b h,% DU,%  
1.                       Холостой ход
2. 3.4.                       Активная нагрузка
5.6. 7.                       Активно-ин- дуктивная нагрузка
8. 9.                       Емкостная нагрузка

Разомкнуть все тумблеры вторичной цепи трансформатора.

Поворотом влево установить ручку регулирующего автотрансформатора в нулевое положение.

Выключить однополюсный выключатель В.

3. Опыт короткого замыкания.

Перед опытом необходимо проверить, чтобы ручка регулирующего автотрансформатора находилась в нулевом положении.

Замкнуть накоротко вторичную обмотку трансформатора (клеммы К1 и К2 замкнуть проводником).

Включить однополюсный выключатель В. Плавно увеличивая напряжение первичной обмотки трансформатора, установить номинальный ток первичной обмотки , показания приборов занести в табл. 2. Поворотом влево установить ручку регулирующего автотрансформатора в нулевое положение; установить выключатель В в положение “Выкл.”, убрать закоротку между клеммами К1 и К2.

Данные эксперимента показать преподавателю.

4. Определить коэффициент трансформации К.

5. По данным таблицы рассчитать cos j1, cos j2, P2, h , DU , b.

6. Построить в общей системе координат характеристики трансформатора при активной нагрузке в функции вторичного тока:

I1= f (I2) , cos j1= f (I2) , h (I2) при U1= U1н= const.

Характерный вид зависимостей приведен на рис.6.

7. В одной системе координат построить внешние характеристики трансформатора U2= f (I2) или U2= f (b) при различных нагрузках (рис.5).

8. Рассчитать параметры Г-образной схемы замещения трансформатора и заполнить табл. 3.

Таблица 2

Напряжение Uк , В Ток А I , А Активная мощность P, Вт
       

 

Таблица 3

Rx , Ом Xx , Ом Rк , Ом Xк , Ом
         

 

 

9. Начертить Т-образную схему замещения трансформатора. Пояснить, почему экспериментально нельзя определить все параметры Т-образной схемы замещения трансформатора.

10. Сделать вывод по результатам выполненной работы.

Контрольные вопросы

1. Как устроен трансформатор?

2. От чего зависят ЭДС обмоток трансформатора и каково их назначение?

3. В каких случаях трансформатор называют повышающим и в каком - понижающим?

4. Что называют коэффициентом трансформации?

5. Какие вы знаете номинальные параметры трансформатора и что они определяют?

6. Как определить номинальные токи обмоток трансформатора, если известна номинальная мощность трансформатора?

7. Что называют внешней характеристикой трансформатора и как ее получить?

8. Как найти процентное изменение вторичного напряжения трансформатора для заданной нагрузки?

9. Какие потери энергии имеются в трансформаторе, от чего они зависят и как определяются?

10. Для чего магнитопровод трансформатора набирается из листов электротехнической стали и какой толщины эти листы?

11. Какие вы знаете схемы замещения трансформатора и как определяются их параметры?

12. Как проводится опыт холостого хода? Какие параметры этого опыта указываются в паспорте трансформатора?

13. Как проводится опыт короткого замыкания трансформатора? Какие параметры этого опыта указываются в паспорте трансформатора?

14. Где на практике учитывается величина напряжения короткого замыкания?

15. Чем конструктивно отличаются автотрансформаторы от трансформаторов обычной конструкции?

Список литературы

1. Электротехника / Под ред. В. Г. Герасимова. – М.: Высшая школа, 1985. – С. 237-260.

2. Касаткин А. С., Немцов М. В. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – С. 166-198.

 

Корректор М.И. Прокушкина

Изд-во ИжГТУ, Лицензия РФ ЛР № 020885 от 24.05.99.

Подписано в печать 21.05.2001. Бумага офсетная. Формат 60х84/16

Печать офсетная. Усл. Печ. Л. 3,64. Уч.-изд. Л. 4,07. Тираж 50 экз. Заказ № 30

 

Тип. Издательства ИжГТУ. Лицензия РФ Пд № 00525 от 28.04.2000.

426069, Ижевск, Студенческая, 7

 






Дата добавления: 2015-09-20; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 1390 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов


Читайте также:

Поиск на сайте:

Рекомендуемый контект:





© 2015-2021 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.025 с.