Испытание однофазного трансформатора

Цель работы:

а) ознакомиться с устройством и принципомдействия однофазного трансформатора;

б) изучить основные режимы работы трансформатора;

в) освоить методику опытного определения основныхпараметров трансформатора.

Работа выполняется на универсальном стенде, в которомустановлены необходимыеприборы, в соответствии со схемой.

Рис.22. Условныеобозначениятрансформатора на схеме

Трансформатор это преобразователь переменного тока одного напряжения переменный ток другого напряжения той же частоты. Для передачи электрической энергии на дальние расстояние с целью уменьшения потери энергии в проводах не обходимо применять высокие напряжения /500 кВ и более/. Вблизи место потребления электрической энергии, в конце линии электропередачи устанавливают трансформаторы понижающие напряжение с таким решетом чтобы массовые приемники электрической энергии могли получать напряжение порядка 280, 220 В и при не обходимой еще ниже. Радиопередающих и радиоприемных устройствах и системах телевидения применяются трансформаторы как повышающие, так и понижающие, напряжение.

Рис.21. Принципиальная схема однофазноготрансформатора

Трансформатором называется статическийэлектромагнитный аппарат, преобразующий переменный токодного напряжения в переменный ток другого напряжения безизменения частоты. Основными частями трансформатораявляются магнитопровод и обмотка. Магнитопроводвыполняется из листовой электрической стали, на немрасполагаются обмотки, количество которых может бытьразлично. В работе рассматривается двухобмоточныйтрансформатор. Первичная обмотка подключается к источникупеременного тока с напряжением U₁, к вторичной подключаютпотребитель. Ток i₁, возникающий в первичной обмотке,создает переменный магнитный поток Ф. Замыкаясь вмагнитопроводе, этот поток сцепляется с обеими обмотками ииндуктирует в них ЭДС e₁ и e₂. ЭДС во вторичной обмотке е₁ создает ток нагрузки i₂. если в первичной обмотке ω₁ витков, аво вторичной ω ₂, то действующие значения ЭДС каждой

обмотки будут Е₁ = 4,44 ω₁Ф_m; E₂= 4,44 ω₂f Ф_m,

где Ф_m - амплитуда магнитного потока Ф; f – частотапеременного тока.

В зависимости от нагрузки трансформатора возможныразличные режимы его работы. В режиме холостого ходавторичная обмотка трансформатора разомкнута, в режимекороткого замыкания – замкнута накоротко; нагрузочный режимхарактеризуется конечными значениями нагрузочногосопротивления. В лабораторных условиях и при заводскихиспытаниях проводятся опыты по изучению этих режимов дляопределения параметров трансформатора.

Чтобы обеспечить требуемую магнитную связь междупервичной и вторичной обмотками трансформатора, ихпомещают на общем сердечнике. Когда по первичной обмотке ω₁ протекает ток I₁, тобольшая часть создаваемого им магнитного потока Ф

сцепляется также и с витками вторичной катушки ω₂. Однакочасть создаваемого первой катушкой потока Ф замыкается,минуя вторую катушку. Эта часть потока называется потокомрассеяния.

В идеальном трансформаторе коэффициент связистремится к единице, однако равным или больше единицы онбыть не может. Во избежание искажения сигналов при их

трансформировании и для исключения током коэффициент связи уменьшают, разрывая сердечник(создавая воздушный зазор). Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки трансформатора называюткоэффициентом трансформации. Отношение чисел витковсоответствует отношению первичного напряжения квторичному при отсутствии нагрузки (холостом ходе)трансформатора и отношению вторичного тока к первичномупри коротком замыкании.

В идеальном трансформаторе (при отсутствии потерь, при К_св 1 и бесконечно больших индуктивностяхобмоток L₁ и L₂) при любой нагрузке:

К_тр = = =

Приборы и оборудование:

№ п/п	Наименование приборов	Тип	Система	Технические характеристики	Класс Точности
1.	Вольтметр
2.	Миллиамперметр
3.	Миллиамперметр
4.	Миллиамперметр
5.	Вольтметр
	Однофазный трансформатор

Рис.23. Схемырежимовработытрансформатора: а) холостой ход; б) рабочий режим; в) короткое замыкание

План работы.

1. Включить трансформатор по схеме а) и при разомкнутой вторичной обмотке /Холостой ход/ при номинальном первичном напряжении записать показания приборов. Вычислить коэффициент трансформации К.

2. Провести опыт работа трансформатора под нагрузкой по схемеб).
Для нескольких значений нагрузки записать показания приборов.
По данным опыта рассчитать величины cos φ₁ и cosφ ₂, коэффициент загрузки β и КПД 𝞰трансформатора. Данные расчёты занести в таблицу.

3. Произвести опыт короткого замыкания по схемев). Показания приборов записать в таблицу. По данным опыта определить параметры трансформатора.

4. Определить КПД трансформатора расчетным путем для нескольких значений коэффициента загрузки β и сравнить его с КПД, найденным по данным опыта.

5. По данным таблицы построить график зависимости КПД трансформатора от коэффициента загрузки или вторичного тока.

№/№	Данные измерений	Данные вычислений
I₁, A	U₁, В	I₂, А	U₂, В	Р₁, Вт	Р₂, Вт	cos φ₁	cosφ ₂	𝞰, %	β

6. Ответить на следующие вопросы:

1) на чем основано преобразование величины напряжения в трансформаторе?
2) от чего зависит величина Холостого хода трансформатора, какой ток считается номинальным для каждой из обмоток?

3)чем опасно короткое замыкание во вторичной цепи трансформатора и как проводиться опыт короткого замыкания?

4) какие потери общества мощности /энергии / имеются в трансформаторе и как их определить опытным путем?

5) как определить КПД трансформатора?

Указания к выполнению работы:

1. Номинальные токи и напряжения трансформатора стенда:

I_ном1 = 0,05 А I_ном2 = 0,5 А U_ном1 =220 В U_ном2 =20 В

2. Коэффициент трансформации определяется как отношение первичного напряжения ко вторичному в режиме холостого хода: К =

3. Нагрузку трансформатора осуществляются изменением сопротивления нагрузки во вторичной цепи, постепенно увеличивая ее до номинальных значений токов I₁ и I₂cos φ₁ и cosφ ₂. Определяются по формулам:

cos φ₁= cosφ ₂= . Коэффициент загрузки: β =

КПД 𝞰 = . Мощность короткого замыкания: Р_к= , где =93 Ом, активное сопротивления первичной обмотки, = 0,6 Ом активное сопротивления вторичной обметки.