Испытание трансформатора в режимах холостого хода и короткого замыкания

1. Провести опыт холостого хода, для чего:

а) собрать схему согласно схеме 2. Рукоятка ЛАТРа должна быть установлена в начальном положении, которое соответствует напряжению на первичной обмотке, равному нулю;

б) установить переключатель вольтметра в положение 300В, а переключатель амперметра в положение I А на панели измерительного комплекта К-505;

в) дать проверить схему преподавателю;

г) включить автоматический выключатель QIF и установить с помощью ЛАТРа номинальное напряжение на первичной обмотке, равное U_1ном = 220В. Показания всех приборов записать в табл. 2;

д) выключить автоматический выключатель QIF.

Таблица 2 Опыт холостого хода

Опытные данные				Расчетные данные
U	I	U	P	n	I0%=I0/I1ном *100%	cosφ1
B	А	В	Вт	–	%	–

2. Провести опыт короткого замыкания, для чего:

а) собрать схему согласно схеме 3;

б) установить рукоятку ЛАТРа в нулевое положение;

в) дать проверить схему преподавателю;

г) включить автоматический выключатель Q1F;

д.) осторожно увеличивать напряжение на первичной обмотке при помощи ЛАТРа от нуля до такого значения, при котором ток во вторичной обмотке будет равен номинальному, рассчитанному ранее; показания приборов записать в табл. 3;

е) отключить автоматический выключатель Q1F.

Таблица 3 Опыт короткого замыкания

Опытные данные				Расчетные данные
Uк	I1ном	I2ном	Pк	Zк	R1	X1	R2	X2	Uк%=Uк/U1ном *100%
В	А	А	Вт	Ом	Ом	Ом	Ом	Ом	%

Составить отчет по работе, в котором необходимо:

1. По данным таблицы 1 построить на одном рисунке рабочие характеристики трансформатора — кривые, характеризующие зависимости:

U₂=f(P₂); η=f(P₂); cosφ₁=f(P₂); при U₁= const.

2. Построить на другом рисунке кривые, характеризующие зависимость потерь мощности в трансформаторе от нагрузки:

Р_М=f(Р₂); Р_d=Р_ст+Р_м = f(Р₂).

3. Дать заключение о пригодности трансформатора к эксплуатации по соображениям фактических значений ∆U% при условии, что напряжение на нагрузке не должно отклоняться от номинального более чем на 5%.

4. Сделать анализ и дать выводы по выполняемой работе. Объяснить причины изменения всех величин, изображенных на графиках.

Обработка экспериментальных данных

При определении расчетных данных в табл. 1, 2, 3 следует использовать нижеприведенные формулы:

1. Коэффициент трансформации

п=U₁/U₂₀,

где U₁ и U₂₀,— соответственно напряжения на зажимах первичной и вторичной обмоток в режиме холостого хода.

2. Коэффициент мощности трансформатора в режиме холостого хода

cosφ₀=P₀/U₁I₀

где Р₀ — мощность, потребляемая трансформатором в режиме холостого хода;

U₁; I₀ — напряжение и ток первичной обмотки в режиме холостого хода.

3. Активная мощность вторичной обмотки

P₂=U₂I₂cosφ₂;

где U₂ и I₂ — напряжение к ток вторичной обмотки;

cosφ₂ — коэффициент мощности вторичной цепи, зависящий от характера нагрузки. При активной нагрузке cosφ₂=1.

4. Коэффициент нагрузки трансформатора

β=I₂/I_2ном;

где I₂ ном — номинальный ток вторичной обмотки.

5. Потери мощности в меди обмоток трансформатора Р_{м ном} определяются при номинальной нагрузке (I₂=I_2ном) и равны мощности p_к, потребляемой трансформатором из сети в опыте короткого замыкания.

Р_{м ном} =P_к;

При нагрузке меньше номинальной (I₂<I_2ном) потери в меди определяются по формуле

Р_м = Р_{м ном} * β²

6. Потери мощности в стали трансформатора определяются в опыте холостого хода и равны мощности, потребляемой трансформатором в режиме холостого хода

P_ст=P₀;

7. Суммарные потери в трансформаторе

P_d= P_ст+P_м;

8. Коэффициент полезного действия трансформатора

η=P₂/P₁=P₂/(P₂+P_d)

9. Коэффициент мощности первичной цепи

cosφ₁=P₁/U₁I₁

где P₁; U₁; I₁ — активная мощность, напряжение и ток первичной обмотки.

10. Процентное изменение напряжения для любой нагрузки

∆U%=(U₂₀ -U_1ном)/ U₂₀ *100%

11. Сопротивления короткого замыкания

полное Z_к =U_к/I_{1 ном} , Ом,

активное R_к = P_к/I² _{1 ном} , Ом,

индуктивное , Ом,

где I_{1 ном}; U_к; Р_к – ток, напряжение и мощность первичной обмотки в опыте короткого замыкания.

12.Сопротивления первичной обмотки

активное R₁ = R₂¹ = R_к/2, Ом,

индуктивное X₁ = X₂¹ = X_к/2, Ом,

где R₂¹ и X₂¹ – приведенные сопротивления вторичной обмотки.

13.Сопротивления вторичной обмотки

активное R₂=R₂¹/n², Ом,

индуктивное X₂=X₂¹/ n², Ом,

где n — коэффициент трансформации.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Цель, методика выполнения работы, применяемые приборы.

2. Устройство и принцип действия трансформатора.

3. Опыт холостого хода.

4. Работа трансформатора под нагрузкой.

5. Опыт короткого замыкания.

6. Почему в режиме холостого хода магнитопровод трансформатора нагревается, а обмотки нет?

7. Почему в испытательном режиме короткого замыкания обмотки трансформатора нагреваются, а магнитопровод нет?

8. Почему при увеличении нагрузки трансформатора увеличивается ток первичной обмотки?

9. Что называется процентным изменением напряжения трансформатора?

10. Чем отличается испытательный режим короткого замыкания от эксплуатационного (аварийного) короткого замыкания?

11. Уравнения электрического равновесия обмоток трансформатора.

12. Внешние характеристики трансформатора для различных нагрузок (φ₂=0; φ₂>0; φ₂<0).

13. Потери и КПД трансформатора.