Исследование однофазного трансформатора

Министерство образования  Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования

«Ижевский государственный  технический университет»

Кафедра «Электротехника»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа №3

«Исследование однофазного  трансформатора»

 

 

 

 

 

Выполнил студент группы 5-53-1                                         Калашникова С.С.

 

 

Принял                                                                                      Хафизова Н. Ф.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ижевск 2011

Цель работы:

1. Изучить устройство и 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

   Трансформатор – это статический аппарат, в котором электромагнитным путем производится преобразование энергии переменного тока по напряжению. Основные части силового трансформатора промышленной частоты – это стальной замкнутый сердечник и обмотки, находящиеся на стержнях сердечника: первичная, в которую направляется энергия, и вторичная, с которой энергия поступает в нагрузку.

    В результате изменения напряжения в трансформаторах осуществляется возможность передачи энергии на большие расстояния с относительно малыми потерями и получение необходимых напряжений для любого электротехнического оборудования.

Степень преобразования напряжения трансформатором характеризуется  коэффициентом трансформации, который выражает отношение электродвижущих сил обмоток высокого напряжения к эдс обмоток низшего напряжения, т. е. отношение напряжений при холостом ходе.

   Для определения основных параметров трансформаторы подвергают испытанию. Имеется несколько испытательных режимов.

1. Опыт холостого  хода. Холостым ходом трансформатора называется такой режим его работы, при котором первичная обмотка включена на номинальное напряжение , а вторичная обмотка разомкнута (рис.1).

	Рис. 1. Схема установки для опыта холостого хода

Режим холостого хода позволяет  опытным путем установить следующие  характерные для трансформатора величины: а) коэффициент трансформации; б) ток холостого хода; в) потери мощности в стали.

Коэффициент трансформации  трансформатора

,                                                                                                     (1)

где  и  – число витков обмоток.

Мощность   определяет затраты энергии в пределах трансформатора. Она приблизительно равна потерям в стали, поскольку потери в стали независимы от нагрузки трансформатора, так как при работе трансформатора магнитный поток почти не меняется. Поэтому  при любой нагрузке.

При холостом ходе . Коэффициент мощности нагруженного трансформатора в основном зависит от коэффициента мощности нагрузки. При холостом ходе  обычно не превышает 0,2…0,3.

2. Опыт короткого замыкания. Короткое замыкание трансформатора – испытательный режим, при котором вторичная обмотка замкнута накоротко, а в первичную включено такое пониженное напряжение, чтобы ток первичной обмотки был равен номинальному (рис. 2). Это напряжение, называемое напряжением короткого замыкания, является одной из постоянных, характеризующих трансформатор. Обычно оно составляет 5…10 % номинального напряжения.

Рис. 2. Схема установки для опыта короткого замыкания

 

 

Потери в обмотках трансформатора определяются с помощью опыта  короткого замыкания.

Мощность, затраченная  при коротком замыкании, почти целиком  расходуется на нагревание обмоток  трансформатора. По мощности потерь при  коротком замыкании можно рассчитать потери в обмотках при любой нагрузке трансформатора. Для этого потери при замыкании   относят к току только первичной обмотки и некоторому условному сопротивлению , выражающему пропорциональность между током и мощностью:

;                                                                                                                          (2)  

       

Тогда потери в обмотках, или потери в меди , при любой нагрузке находятся из значения тока  первичной обмотки: .

Также потери в меди можно  определить, используя коэффициент  загрузки

;                                                            (3)

Коэффициент полезного  действия трансформатора рассчитывается из соотношения мощностей, приложенных  ко вторичной и первичной обмоткам:

,

где  – потери мощности в трансформаторе.                                       (4)

3. Рабочий режим. Рабочий режим – это режим работы трансформатора под нагрузкой. В качестве нагрузки используется ламповый реостат (активная нагрузка). Постепенным увеличением числа включенных ламп доводят нагрузку до номинальной и снимают показания приборов в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

Ход работы

Рис. 3Схема установки однофазного трансформатора

 

1.Исследование трансформатора  в режиме холостого хода и нагруженном режиме. Результаты исследования занесли в таблицу 1.

3.Опыт короткого замыкания  . Результаты исследования  занесли в таблицу 2.

4. Определить коэффициент трансформации К.

5.Поданным таблицы рассчитать: cos j_1, cos j_2, h,  b ,DU,    P2.

6.Построит в общей системе  координат внешние характеристики  трансформатора при активной  нагрузке в функции вторичного  тока

 

7.В одной системе координат  построить внешние характеристики  трансформатора при различных  нагрузках. 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1:

 

 ¹                  Измерено    Вычислено                   Режим

    U1, B   I1,A  P1,Вт  U2,B   I2,A    cos j1  cos j2 P2, Вт b       h,%  DU,%            

   1    220   0,35    27    105     0      0,35       -        -        -        -       -             Холостого хода   

   2    220   0,50    49    101   0,21   0,41      1       21,2 0,25  43,2  1,16        Активная  

   3    220   0,62    67     96    0,42   0,49      1      40,3 0,50    60,1  1,84         нагрузка

   4    220   0,69    80     91    0,56   0,52      1       51    0,67    63,7   2,21

   5    220   0,52    27     90    0,25   0,24      0,028   0,6     0,3     2,2   8,24         Активно-

   6    220   0,63    27     79    0,46   0,20     0,028   2,1    0,56   7,7     15,23     индуктивная

   7    220   0,71    30     71    0,59   0,19     0,028   3,47  0,71  11,5    19,6         нагрузка

   8    220   0,26    27    114   0,18   0,47       0        0      0,22    0        5,54        Емкостная

   9    220   0,34    33    126   0,42   0,44       0        0       0,50    0        13,6          нагрузка

10    220   0,39    42    146   0,76   0,49       0        0       0,91    0        24,4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U1H = 220 B;   U2H = 100 В;   S1H = S2H =100 BA;  RK = 10 Oм

k = U1H/U2H = 220/105 =2,1

SH = U1H *I1H = U1H * I1H

Uk = U1H; U2H = 120 B

I1H = 0,45 A; I2H = 0,75 A

SHOM = 100 BA; RL = 10 Oм

 

Расчетные формулы:

 

cos j₁ = P₁/U₁I₁ = 0,35

cos j₂ = I₂/U₂  при активно-индуктивной нагрузке.

cos j₂ = 0 при емкостной нагрузке (так как угол между I и U равен 90°).

cos j₂ = 1 при активной нагрузке (так как угол между I и U равен 0°)

P₂ = I₁U₂ cos j₂

h = (P₂/P₁)* 100%

b = I_2н/I_2íîì

I_2ном = S_ном/U_2н = 100/120 = 0,833 A

R_x = P_1x/I_x² = 27/0,35² = 220,4 Ом

X_x =    Z_x²- R_x² = 588,6 Ом

Z_x = U_1н/I_1н = 220/0,35 = 638,6 Ом

R_k = P_k/I_k² = 11,1 Ом

Z_k = U_k/I_1н = 60/0,45 = 133,3 Ом

X_k =    Z_k²- R_k²

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                        

 

                                               

  U_2x                         j<0 ( C )                                         130                                                                                                                                                 100                                     j = 0             ( R )                                       j>0 (R,L) 

                50                                                                                                                                 

10                                                  O          0,1        0,2         0,3        0,4         0,5        0,6         0,7         0,8           I