Министерство образования и науки Российской Федерации
Филиал федерального государственного бюджетного
Образовательного учреждения
Высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский университет «МЭИ»
В г. Смоленске
Кафедра Электромеханических систем
Направление 13.03.01 Теплоэнергетика и теплотехника
профиль «Промышленная теплоэнергетика»
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
по курсу «Электрические машины и аппараты»
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО ДВУХОБМОТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА В РЕЖИМАХ ХОЛОСТОГО ХОДА И КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Преподаватель: Самоченков А.Ю.
Группа: ЭО-13
Студент: Удилов К.А.
К защите:
Cмоленск, 2016
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО ДВУХОБМОТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА В РЕЖИМАХ ХОЛОСТОГО ХОДА И КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Цель работы: определение параметров холостого хода и короткого замыкания трансформатора, в частности, электрических и магнитных потерь, напряжения короткого замыкания, коэффициента полезного действия, параметров схемы замещения.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Трансформатор представляет собой электромагнитное устройство, состоящее из замкнутого магнитопровода, выполненного из листов электротехнической стали, и двух или нескольких обмоток из изолированного провода, размещенных на стержнях магнитопровода.
При подключении первичной обмотки к сети переменного тока по ней потечет ток, который создаст в магнитопроводе переменный магнитный поток. Этот поток, пронизывая обмотки трансформатора, наводит в них электродвижущие силы. Действующее фазное значение этик сил определяется по формуле:
где 
— частота питающего напряжения, Гц;
— число витков i-й обмотки;
Фт — амплитудное значение магнитного потока в магнитопроводе, Вб;
— амплитудное значение индукции в магнитопроводе, Тл;
— сечение стержня магнитопровода, м2.
При подключении ко вторичным обмоткам трансформатора нагрузки по ним потечет ток, и осуществится передача электрической энергии из первичной сети с параметрами 
во вторичную сеть с параметрами 
посредством электромагнитной индукции. При этом параметры вторичной цепи изменятся в примерном соотношении:
где коэффициент трансформации определяется выражением
В режиме холостого хода вторичные обмотки трансформатора разомкнуты (
), но при первичной обмотке течет небольшой ток, необходимый для создания МДС, обуславливающей необходимую величину магнитного потока. При этом, приложенное к первичной обмотке трансформатора напряжение практически уравновешено наводимой в обмотке ЭДС (противо-ЭДС). Поэтому при холостом ходе поток в магнитопроводе, в соответствии с выражением (1), в которое вместо 
можно подставить 
равен его номинальному значению. А это означает, что потери в стали магнитолровода от гистерезиса и вихревых токов при холостом ходе практически равны потребляемой трансформатором из первичной сети мощности (электрическими потерями в первичной обмотке можно пренебречь ввиду малости тока 
).
В режиме короткого замыкания к трансформатору подводится небольшое напряжение (составляющее единицы процентов от номинального). Поэтому магнитный поток в трансформаторе в десятки раз меньше номинального значения. А поскольку потери в стали пропорциональны квадрату индукции (а индукция пропорциональна напряжению питания), их значение в опыте короткого замыкания пренебрежимо мало. Следовательно, трансформатор потребляет из сети мощность, практически равную электрическим потерям в обмотках, которые пропорциональны квадрату тока. Ток в опыте короткого замыкания доводится до номинального значения, поэтому электрические потери становятся равными электрическим потерям при номинальной нагрузке.
В итоге, проведя два опыта - холостого хода и короткого замыкания, можно получить данные, согласующиеся с данными при работе трансформатора на номинальную нагрузку.
ХОД РАБОТЫ
2.1. Паспортные данные:
- Тип трансформатора ТС I, 2/2, 22;
- Рабочая частота 
;
- Количество фаз 
- Схема и группа Y/Y-0;
- Номинальная мощность 
;
- Линейные напряжения: 
;
- Линейные токи: 
;
- Число витков обмотки 
;
- Сечение стержня 
;
Опыт холостого хода
Рисунок 1 – схема для проведения опыта холостого хода
Используемые формулы:
приведены в прил.1.
Результаты измерений занесены в табл. 1.
Таблица 1.
| № пп | Напряжение, В | Ток, мА | Мощность, Вт | Cos  ,
o.e.
| |||||||||
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| ||
| 123,8 | 123,4 | 125,6 | 497,1 | 423,8 | 454,1 | 458,3 | 6,4 | 7,11 | 24,8 | 12,77 | 0,07 | ||
| 112,5 | 112,4 | 113,3 | 324,7 | 201,2 | 305,5 | 277,13 | 6,2 | 6,38 | 18,6 | 10,39 | 0,11 | ||
| 96,9 | 96,9 | 97,93 | 205,4 | 119,4 | 196,7 | 173,8 | 5,66 | 4,97 | 12,63 | 7,75 | 0,15 | ||
| 82,25 | 82,1 | 83,12 | 145,2 | 82,7 | 140,0 | 122,63 | 4,68 | 3,73 | 8,61 | 5,67 | 0,18 | ||
| 67,4 | 67,45 | 68,28 | 105,6 | 60,3 | 67,45 | 89,47 | 3,53 | 2,63 | 5,63 | 3,93 | 0,21 | ||
| 57,35 | 57,3 | 58,22 | 86,4 | 49,2 | 83,6 | 73,07 | 2,76 | 1,96 | 4,05 | 2,92 | 0,23 |
При 
фазные значения 
Следовательно коэффициент трансформации:
Обработка результатов испытания
1) При номинальном значении напряжения 
и 
тогда активная и реактивная составляющая тока холостого хода:
Относительное значение тока холостого хода:
2) Индукция в стержне магнитопровода:
3) Расчитаем параметры намагничивающего контура схемы замещения трансформатора: 
и сведем значения в табл.2.
Таблица 2.
| № | 
| 
| 
|
|
| 274,1 | 20,3 | 273,3 | 125,6 | |
| 408,8 | 45,1 | 406,3 | 113,3 | |
| 563,5 | 85,5 | 556,9 | 97,93 | |
| 677,8 | 125,7 | 666,1 | 83,12 | |
| 763,2 | 163,7 | 745,4 | 68,28 | |
| 796,8 | 182,3 | 775,6 | 58,22 |
приведены в прил.3.
Опыт короткого замыкания
Рисунок 2 – схема для проведения опыта короткого замыкания
Используемые формулы:
Результаты измерений занесены в табл. 2.
Таблица 2.
| № пп | Напряжение, В | Ток, мА | Мощность, Вт | Cos  ,
o.e.
| |||||||||
|
|
|
| 
|
|
|
| 
|
|
|
| 
| ||
| 1,47 | 1,48 | 1,51 | 1,49 | 1,0 | 1,06 | 0,64 | 0,9 | 1,49 | 1,51 | 0,95 | 1,32 | 0,32 | |
| 2,12 | 2,09 | 2,19 | 2,11 | 1,5 | 1,49 | 1,15 | 1,38 | 3,05 | 3,0 | 2,42 | 2,82 | 0,32 | |
| 2,8 | 2,82 | 2,85 | 2,82 | 2,0 | 2,02 | 1,62 | 1,88 | 5,48 | 5,5 | 4,5 | 5,16 | 0,32 | |
| 3,6 | 3,5 | 3,52 | 3,54 | 2,5 | 2,5 | 2,1 | 2,37 | 8,8 | 8,4 | 7,23 | 8,17 | 0,32 | |
| 4,2 | 4,13 | 4,12 | 4,15 | 3,0 | 2,96 | 2,54 | 2,83 | 12,33 | 11,68 | 10,15 | 11,39 | 0,32 | |
| 4,5 | 4,5 | 4,55 | 4,52 | 3,2 | 3,25 | 2,85 | 3,1 | 14,05 | 14,08 | 12,6 | 13,58 | 0,32 |
