Исследование однофазного трансформатора
Лабораторная
работа №1
Тема:
«Исследование однофазного трансформатора.»
Цель: Научиться определять параметры
трансформатора в различных режимах его работы.
Оборудование:
. Стенд СИПЭМ (трансформатор, сопротивление 1000
Ом на стенде, амперметры и вольтметры).
. Ваттметры - 2 шт.
ХОД РАБОТЫ.
. Построение схем.
В опыте холостого хода нагрузка была отключена.
В опыте короткого замыкания цепь первичной
обмотки была включена на выход ЛАТРа, а нагрузка была соединена накоротко.
. Таблицы измерений.
Для опыта холостого хода:
|
Измерения
|
Вычисления
|
|
U1ном, В
|
I0, А
|
Р10,
Вт
|
U20, В
|
Z0, Ом
|
Х0,
Ом
|
R0, Ом
|
L, Гн
|
сos
ф0
|
К
|
i0, %
|
P0, Вт
|
|
220
|
0.05
|
5
|
180
|
4400
|
4299.9
|
0.0005
|
1.4
|
1
|
0.(81)
|
100
|
11
|
Формулы расчётов:
Z0 = U0/I0 R0 = P0/(I0)2 X0 =
Sqrt((Z0)2 - R0) L = X0/2fп K
= U20/U10 cos ф0
= R0/Z0
i0 = (I0/I1ном)*100 P0
= U1ном*I0*Cos
ф0
Для опыта короткого замыкания:
|
№
п/п
|
Измерения
|
Вычисления
|
|
U1кз, В
|
I1кз, А
|
I2кз, А
|
Р1кз,
Вт
|
Zкз, Ом
|
Хкз,
Ом
|
Rкз, Ом
|
uкз, %
|
сos
фкз
|
Р`кз, Вт
|
u`кз, %
|
|
1
|
24
|
0.38
|
0.5
|
4
|
63.15
|
27.7
|
56.75
|
10.(90)
|
0.43
|
4.8
|
12.98
|
Формулы расчётов:
В следующих двух формулах будет использоваться
следующая конструкция:
+ а(О2 - О1), где a
- температурный коэффициент расширения металла, равный 0.04, а О2 - О1 -
разность рабочей температуры трансформатора (75ос) и температуры в
аудитории(25ос).
Так как все значения известны, то 1 + а(О2 - О1)
= 1.2
Р`кз = 1.2*Р1кз
u`кз = (Sqrt((1.2*U1кз)2
- U1кз*(1 - сos
фкз))/U1ном)*100
Характеристики построены не будут, так как был
проведён лишь один опыт, соответственно график является точкой.
Для опыта с нагрузкой.
|
№
п/п
|
Измерения
|
Вычисления
|
|
U1, В
|
I1, А
|
Р1,
Вт
|
U2, В
|
I2, А
|
Р2,
Вт
|
Рпотерь,
Вт
|
сos
ф2
|
|
1
|
220
|
0.17
|
15
|
173
|
0.17
|
11
|
14
|
0.37
|
|
2
|
220
|
0.22
|
20
|
170
|
0.24
|
16
|
16
|
0.39
|
|
3
|
220
|
0.3
|
27
|
164
|
0.35
|
23
|
23
|
0.4
|
|
4
|
220
|
0.36
|
32
|
160
|
0.42
|
27
|
27
|
0.4
|
|
5
|
220
|
0.41
|
36
|
159
|
0.5
|
31
|
31
|
0.39
|
Формулы расчётов:
ф2 = P2/I2*U2 Pпотерь
= U2*I2*сos
ф2
Таблица значений графика для внешней
характеристики:
|
B
|
сos
ф2
= 1
|
сos
ф2
= 0.8(инд.)
|
сos
ф2
= 0.8(ёмк)
|
U2, В
|
dt U, %
|
U2, В
|
dt U, %
|
U2, В
|
|
0.34
|
1.69
|
177
|
3.34
|
174
|
-3.34
|
186
|
|
0.48
|
2.25
|
175.95
|
4.71
|
172.5
|
-4.71
|
188.49
|
|
0.7
|
3.28
|
174
|
6.88
|
167
|
-6.88
|
192
|
|
0.84
|
3.92
|
173
|
8.25
|
165
|
-8.25
|
194
|
|
1
|
4.68
|
172.56
|
9.83
|
162.8
|
-9.83
|
197.7
|
Формулы расчётов:
= 2*I2= U20*(1 - 0.01*dt U)U = B*u`кз*(0.43*сos
ф2
- 0.9*sin ф2)
Таблица параметров для построения зависимости
КПД трансформатора от нагрузки:
|
B
|
0.34
|
0.48
|
0.7
|
0.84
|
1
|
|
n
|
сos
ф2
= 1
|
0.69
|
0.74
|
0.78
|
0.79
|
0.8
|
|
сos
ф2
= 0.8
|
0.64
|
0.7
|
0.74
|
0.75
|
0.76
|
Формулы расчётов:
= 1 - (Р0
- B2*Ркз)/(B*Sном*сos
ф2
+ Р0
+ B2*Ркз) B`
= Sqrt(Рном/Р1кз)
= 1.2
3. Построения графиков характеристик.
А - внешняя характеристика.
Б - характеристика зависимости КПД
трансформатора от нагрузки.
трансформатор нагрузка обмотка
замыкание
4. Анализ характеристик.
Из графика зависимости КПД трансформатора от
нагрузки следует, что КПД трансформатора повышается с устремлением нагрузки к
такому значению, что электрические потери в трансформаторе становятся равными
магнитным потерям и достигает максимального значения при их равенстве.
. Выводы по работе.
Я овладел навыками измерения параметров
трансформатора в его трёх режимах, подтвердил теоретические познания
практическими, а также построил два графика: внешней характеристики и
зависимости КПД от нагрузки.
. Ответы на вопросы:
А) Устройство и принцип действия трансформатора.
Трансформатор - это электротехническое
устройство, служащее для преобразования переменного тока одной частоты, в
таковой другой частоты с такой же частотой.
Он состоит из >=2 обмоток, расположенных на
стержнях, соединёнными ярмом - это есть магнитопровод.
Для описания принципа действия я буду
использовать однофазный двухобмоточный трансформатор.
Первичная обмотка, подключённая к источнику
напряжения u1, создаёт ток i1,
который создаёт в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф0, что пересекает
витки первичной и вторичной обмотки, создавая в них е1 и е2. Под действием е2
во вторичной обмотке, замкнутой на нагрузку Z,
наводится i2, с таким же
направлением, как и у е2.
Б) Что такое коэффициент трансформации и как
определить его опытным путём?
Коэффициент трансформации, опытным путём,
определяется как частное напряжений второй и первой обмоток.
В) Почему мощность х.х. определяют как магнитные
потери, а мощность к.з. - за электрические?
В режиме короткого замыкания отсутствует
основной магнитный поток - а соответственно магнитные потери ничтожны,
следовательно можно определить электрические потери. В режиме холостого хода
основной магнитный поток создаётся только МДС первичной обмотки, соответственно
можно успешно определить чистые магнитные потери.
Г) Почему при опыте к.з. ток в первичной обмотке
достигает номинального значения, хотя напряжение в несколько раз меньше
номинального?
Суть режима короткого замыкания такова, что
замкнутая накоротко обмотка имеет сопротивление, стремящееся к нулю;
соответственно и ток стремится к бесконечности - исходит из закона Ома. К
счастью, технические ограничения конструкции трансформатора устанавливают
предел тока короткого замыкания.
Д) Почему при нагрузке B
> B` КПД
трансформатора уменьшается?
Неравенство электрических и магнитных потерь
начинает состояться тогда.
Е) Что определяется по значению напряжения к.з.,
когда учитывается?
Его процент от номинального напряжения - данный
показатель позволяет судить об исправности трансформатора.
Ё) Зачем полученные значения опыта к.з. приводят
к рабочей температуре?
Известно, что в режиме короткого замыкания ток
имеет динамическое действие, т.е. трансформатор может взорваться, обмотки
вылететь, а люди умереть. Соответственное действие протекает при соответственных
электрических параметрах. А при рабочей температуре эти параметры выше.
Производится предварительный расчёт, позволяющий предсказать протекание таких
процессов при определённых значениях.