1.Тема учебной программы: «Трансформаторы».
2.Тема работы: «Исследование работы однофазного силового трансформатора».
3.Цель работы: Сформировать умение анализировать устройство и принцип действия трансформатора, определять коэффициент трансформации и зависимость коэффициента полезного действия трансформатора от коэффициента нагрузки, зависимость напряжения от нагрузки.
4.Материально-техническое оснащение:
лабораторный стол с комплектом оборудования, однофазный силовой трансформатор, реостат (нагрузка), электроизмерительные приборы, соединительные провода.
5.Теоретическая часть.
Трансформатор - это электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования напряжения переменного тока одного значения, в напряжение переменного тока другого значения, при неизменной частоте.
По виду преобразуемого переменного тока различают однофазные и трёхфазные трансформаторы.
В соответствии с назначением различают: силовые трансформаторы; специальные (сварочные) трансформаторы; измерительные трансформаторы (для подключения измерительных приборов).
Трансформатор представляет собой замкнутый магнитопровод, на котором расположены две или более обмоток. Действие трансформатора основано на явлении взаимной электромагнитной индукции.
При подключении первичной обмотки трансформатора к сети, по обмотке проходит переменный ток, который создаёт в магнитопроводе переменное магнитное поле. Магнитное поле первой обмотки пронизывает витки второй обмотки и вызывает в ней ЭДС индукции. Напряжения на первой (U1) и второй обмотках (U2) трансформатора разные, т.к. зависят от количества витков в обмотках. Различают повышающие и понижающие трансформаторы.
Если разомкнуть цепь вторичной обмотки, а на первичную подать номинальное напряжение (U1ном), то такой режим работы называется холостым ходом трансформатора. В этом режиме в обеих обмотках наводится ЭДС:
Е1 = 4,44∙f∙N1∙Ф;
Е2= 4,44∙f∙N2∙Ф,
где f - частота переменного тока в сети (Гц), Ф - магнитный поток (Вб),
N- количество витков в обмотках.
Отношение ЭДС или количеств витков обмоток называют коэффициентом трансформации трансформатора k:
k=Е1/Е2=N1/N2.
Пренебрегая падением напряжения в обмотках, коэффициент трансформации трансформатора(k) определяют отношением напряжений на обмотках в режиме холостого хода: k=U1хх/U2хх.
Если подать напряжение на первичную обмотку и подключить нагрузку к вторичной обмотке, то под воздействием ЭДС Е2 пойдёт ток через нагрузку (I2). Такой режим работы трансформатора называют рабочим (или работа трансформатора под нагрузкой). В режиме работы под нагрузкой напряжение на вторичной обмотке отличается от номинального.
Если сопротивление нагрузки сравнимо с сопротивлением вторичной обмотки, то трансформатор войдёт в аварийный режим короткого замыкания. Экспериментально этот режим можно достигнуть при пониженном напряжении в первичной обмотке (примерно 10% U1ном), если вторичную обмотку замкнуть накоротко. Этот режим используется для определения потерь энергии в обмотках.
6.Практическая часть:
-анализ устройства и принципа действия трансформатора;
- измерение электрических параметров трансформатор;
-расчёт коэффициента трансформации трансформатора на основе экспериментальных данных;
- построение внешней характеристики трансформатора на основе опытных данных.
6.1.Техника безопасности при выполнении работы:
Перед выполнением сборки цепей убедиться, что лабораторный стол обесточен. При выполнении работы не прикасаться к неизолированным проводам, соединительным зажимам и другим частям цепей, которые могут оказаться под напряжением. Любые изменения в схеме производить только после отключения питания. При возникновении во время выполнения работы неисправностей оборудования или приборов немедленно выключить напряжение питания и сообщить о неисправности преподавателю.
6.2.Описание выполнения задания:
- ознакомиться с измерительными приборами;
- определить предел измерения и цену деления приборов;
- определить технические характеристики приборов.
6.2.1.Собрать электрическую цепь по схеме (рис.1).
-предъявить собранную электрическую цепь преподавателю для проверки;
-убедиться, что переключатель лабораторного автотрансформатора установлен в положение «0 переменный ток», ползунок реостата находится в среднем положении;
-исследовать номинальный режим работы трансформатора: включить питание лабораторного стола, замкнуть ключ К рабочей цепи, ручкой лабораторного автотрансформатора установить напряжение на первичной обмотке U1=220В;
-переместить ползунок реостата, чтобы установить номинальный ток I1Н=0,7А, определить показания всех измерительных приборов цепи, записать значения величин в таблицу1.
Таблица1
| №п/п | Измерено | Вычислено | Режим работы трансформатора | |||||||||
| U1 | I1 | P1 | U2 | I2 | К | Pм | Pст | Iх | Uк | η | ||
| В | А | Вт | В | А | Вт | Вт | % | % | % | |||
| Номинальный (U1н=220В, I1н=0,7А) | ||||||||||||
| Холостой ход | ||||||||||||
| Короткое замыкание U1кз=10% U1н |
-не изменяя напряжение первичной обмотки U1=220В, разомкнуть ключ К рабочей цепи и исследовать режим холостого хода трансформатора: определить показания всех измерительных приборов, записать их в таблицу1;
-в присутствии преподавателя исследовать работу трансформатора в режиме короткого замыкания, для этого установить в цепи ручкой лабораторного автотрансформатора напряжение короткого замыкания первичной обмотки U1к.з.= 20В;
-включить нагрузку, замкнув рабочую цепь при помощи ключа К, установить минимальное сопротивление на реостате, переместив ползунок реостата в крайнее положение;
пронаблюдать, как увеличивается сила тока трансформатора при уменьшении сопротивления нагрузки (реостата), убедиться, что в режиме короткого замыкания в цепи протекает наибольший ток;
-определите показания всех измерительных приборов, результаты измерений записать в таблицу1.
6.3.Требования к оформлению отчета:
Отчет о лабораторной работе выполнить в тетради для лабораторных работ или на листах формата А4. В отчет должны быть внесены: № группы, ФИО учащегося. Отчет должен содержать название раздела, темы работы, цели работы, схемы, графики, таблицы, основные расчетные формулы; таблицы и схемы электрических цепей чертить карандашом с применением чертежных инструментов.
-перечертить в отчет схему электрической цепи (рис.1) и таблицу1;
-выполнить расчеты значений величин, указанных в таблице1:
-по измерениям в режиме холостого хода вычислить коэффициент трансформации 
, где 
, - напряжение на первичной обмотке(U1) трансформатора в режиме холостого хода, 
- напряжение на вторичной обмотке (U2) трансформатора в режиме холостого хода;
-вычислить процентное значение тока холостого хода 
-вычислить потери на нагревание обмоток трансформатора при номинальной нагрузке (потери в меди), 
-где Рк =Р1- значения мощностей трансформатора в режиме короткого замыкания;
-вычислить потери на перемагничивание сердечника трансформатора (потери в стали), 
-где Рх =Р1 – значения мощностей трансформатора в режиме холостого хода; 
-вычислить относительную величину напряжения короткого замыкания 
-вычислить коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора в номинальном режиме: 
.
По результатам измерений и вычислений построить график внешней характеристики трансформатора U2=ƒ(I2).. На графике по вертикальной оси отложить значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора в режиме холостого хода и в номинальном режиме. По горизонтальной оси отложить соответствующие значения силы тока в цепи нагрузки (рис.2).
Проанализировать результаты измерений и вычислений, записать выводы.
6.4.Контрольные вопросы:
Назовите явление, на котором основан принцип работы трансформатора.
Указать цель применения трансформаторов.
Дать определение понятию «коэффициент трансформации».
Изложить принцип действия трансформатора.
6.5.Используемая литература: 1) «Общая электротехника с основами электроники». И.А. Данилов, П.М. Иванов М. «Высшая школа»,2000г.
2) «Общая электротехника с основами электроники» В.С. Попов, С.А. Николаев М. 1980
Свириденко Э. А., Китунович Ф.Г. Основы электротехники и электроснабжение. Мн., 2008.
Отчет о выполнении
Лабораторная работа № ____
Учащийся группы № ______ _______________________________
(Ф.И.О.)
Тема программы:
Тема работы:
Цель работы:
Материально-техническое оснащение: Технические данные измерительных приборов:
амперметр …..
вольтметр…..
Отчет о выполнении практической части задания:
Схема электрической цепи.
таблица.
Расчетные формулы…..
графики.
Контрольные вопросы и ответы:
1)
2)
3)
4)
5)……
Выводы:
Преподаватель: _________________________ ______________________
(зачет/незачет) (Ф.И.О.)
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«Республиканский институт профессионального образования»
Филиал «Индустриально-педагогический колледж»
Учебная дисциплина
«Электротехника с основами электроники»
Лабораторная работа № 11
Исследование устройства
и работы электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением
Специальности
2-02 06 31 Технический труд и черчение
2-36 01 06-02 Оборудование и технологии сварочного производства (по направлениям)
2-52 05 31 Оборудование и технологии мебельного производства (по направлениям)
Выполнил учащийся группы № …………….… …..
(Ф.И.О. учащегося)
