Лабораторная работа № 1 испытание однофазного трансформатора

1. Цель работы

1.1 Ознакомиться с устройством трансформатора.

1.2 Овладеть методикой определения числа витков обмоток трансформатора.

1.3 Исследовать работу трансформатора в режимах холостого хода и короткого замыкания.

1.4 Овладеть методикой определения параметров элементов схемы замещения трансформатора, коэффициента полезного действия и методикой построения его внешней характеристики по экспериментальным данным.

2. Краткие теоретические сведения

2.1. Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, находящее широкое применение в системах электроснабжения. Трансформаторы делятся:

• по количеству обмоток: на двух – и многообмоточные;

• по числу фаз: на одно- и трехфазные;

• по характеру нагрузки: на силовые, осветительные и специальные (автотрансформаторы, сварочные, измерительные и др.)

• по способу охлаждения: сухие и масляные, с естественным и принудительным охлаждением.

Трансформаторы имеют условные буквенные и цифровые обозначения, основные из которых следующие:

• первая буква указывает на число фаз: О – однофазный, Т – трехфазный;

• вторая буква указывает на способ охлаждения: С – сухой, М – масляный;

• последующие буквы обозначают: С – трансформаторы, предназначенные для работы в цепях сигнализации и управления; З или В – исполнение корпуса: З – брызгозащищенный, В – водозащищенный; М – морской; П – переносной;

• последующие цифры указывают мощность трансформатора в киловольтамперах; цифры 0,4 указывают на частоту тока 400 Гц (трансформаторы частотой тока 50 Гц условного цифрового обозначения не имеют).

2.2. Для каждого трансформатора указываются его основные технические данные, к которым относятся:

• номинальная полная мощность S, кВА;

• номинальное линейное напряжение первичной обмотки Uи линейное напряжение холостого хода вторичной обмотки UВ, кВ;

• номинальные токи обмоток I и I, А;

• напряжение короткого замыкания в процентах от номинального u, %;

• мощность потерь в опытах холостого хода и короткого замыкания P и P, Вт, кВт;

• ток первичной обмотки при холостом ходе трансформатора в процентах от номинального тока I,%;

• габариты и масса трансформатора.

2.3. Часто при работе с трансформаторами сравнительно небольшой мощности возникает задача определения числа витков обмоток без перемотки трансформатора. Для ее решения на трансформатор наматывают дополнительную обмотку с известным числом витков w. Первичную обмотку трансформатора подключают к источнику и при номинальном напряженииUизмеряют в режиме холостого хода напряжения на вторичной и дополнительной обмотках:UиU.

Число витков первичной обмотки определяется из соотношения:

w, (1.1)

а число витков вторичной обмотки:

w, (1. 2)

где n=- коэффициент трансформации трансформатора.

2.4. Трансформатор является источником электрической энергии для потребителей, подключенных к его вторичной обмотке, поэтому одной из его важнейших характеристик является внешняя вольтамперная характеристика, представляющая собой зависимость напряжения на вторичной обмотке U₂ от токаI₂ приU₁=constиcosφ₂ = сonst. Об изменении вторичного напряжения трансформатора судят по его процентному изменению:

Δu₂= , (1.3)

где U₂₀– напряжение на вторичной обмотке трансформатора в режиме холостого хода;

U₂– напряжение на вторичной обмотке при работе трансформатора под нагрузкой, характеризуемой токомI₂и коэффициентом мощностиcos ₂

Практически вычислять процентное изменение вторичного напряжения по формуле (1.3) неудобно, так как напряжение U₂₀иU₂мало отличаются друг от друга (у силовых трансформаторов в номинальном режиме 5 – 10%) и при вычислении значения Δu₂по экспериментальным данным получаются значительные погрешности.

Поэтому рекомендуется пользоваться формулой:

Δu₂=(u_каcos ₂+u_кр sin ₂) (1.4)

где – коэффициент загрузки трансформатора;

u_каиu_кр – активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания в процентах;

– угол сдвига фазы напряжения на вторичной обмоткеU₂по отношению к фазе токаI₂, зависящий от характера нагрузки.

Активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания могут быть определены по формулам:

u_ка =(1.5)

u_кр=(1.6)

где R_к,Х_к– сопротивление элементов схемы замещения трансформатора, работающего в режиме короткого замыкания.

На рис. 1.1 приведены графики зависимости Δu₂() для активной (cos ), активно–индуктивной {cos =0.8, (> 0)}, активно-емкостной {cos = 0.8, (< 0)} нагрузок трансформатора.

В соответствии с рис.1.1, внешние характеристики трансформатора, работающего с различной по характеру нагрузкой, будут иметь вид, представленный на рис. 1.2.

Рис 1.1

Рис 1.2