ЛАБЫ / 4.12.Отчет

РХТУ им. Д.И. Менделеева

Кафедра Электротехники и Электроники

Лабораторная работа

№ 4 (12)

Однофазный трансформатор.

Выполнили студенты ИХТ

Проверил ведущий преподаватель: 5TEEN

Москва-ква-ква 007

Цель работы: Ознакомление с принципом работы, характеристиками и методами исследования однофазных трансформаторов.

Принципиальная схема:

Расчетные формулы

n = U_1ном./U_2ном. – коэффициент трансформации трансформатора.

cos = P₀/U_1НОМI₀ – коэффициент мощности трансформатора.

R₀ = P₀/I₀², Z₀ = U_1ном./I₀ и X₀ = – параметры намагничивающего контура.

cos = P₀/U_1НОМI₀ – коэффициент мощности трансформатора.

R_К = R₁ + R₂’ = P_K/I²_1K; Z_K = U_1K/I_1K; X_К = X₁ + X₂’ = - параметры схемы замещения трансформатора.

P₂ = U₂I₂ – мощность, потребляемая из сети.

cos = P₀/U_1НОМI₀ – коэффициент мощности трансформатора.

= P₂/P₁- коэффициент полезного действия трансформатора при  = 1.

1. Холостой ход трансформатора.

Измерить				Вычислить
U1, B	I1, A	P0, Bm	U2, B	n	cos	R0, OM	X0, OM
190	0.087	3.5	204	0,93	0,21	46,24	213,44

2. Короткое замыкание трансформатора.

Измерить				Вычислить
U1, B	I1, A	PK3, Bm	I2, A	cos	RK, OM	XK, OM
15.5	0.852	13.2	0.788	1	18,18	0,548

3. Режим нагруженного трансформатора

№	Измерить							Вычислить
	U, B	I, A	P, Bm	U2, B	I2, A	R	%	cos	P2, Bm	
1	190	1,072	201,4	187,2	0,946	192	120	0.99	175.32	0,87
2	190	0,907	169,8	189,9	0,798	240	100	0.99	150.02	0,88
3	190	0,733	136,3	192,6	0,642	246	80	0.98	121.18	0,89
4	190	0,544	100,3	195,6	0,474	408	60	0.97	89.93	0,89
5	190	0,363	66,2	198,4	0,316	628	40	0.96	60.19	0,91
6	190	0,182	32,3	201,2	0,158	1276	20	0.92	29.25	0,91

Ответы на контрольные вопросы

1. Трансформатор – статический электромагнитный аппарат, основанный на явлении взаимной индукции. Предназначен для преобразования электрической энергии переменного тока с параметрами U₁ и I₁ в энергию переменного тока с параметрами U₂ и I₂ той же частоты.

2. Трансформатор состоит из ферромагнитного магнитопровода, собранного из отдельных листов электротехнической стали, на котором расположены две обмотки, выполненные из медного или алюминиевого провода. Обмотку, подключенную к источнику питания, называют первичной, а обмотку, к которой подключаются приемники, – вторичной. Если первичную обмотку трансформатора с числом витков w₁ включить в сеть переменного тока, то напряжение сети U₁ вызовет в ней ток I₁ и магнитодвижущая сила (МДС) I₁w₁ создаст переменный магнитный поток Ф. Магнитный поток Ф создаст в первичной обмотке w₁ ЭДС Е₁, а во вторичной обмотке w₂ ЭДС Е₂. При наличии нагрузки электрическая цепь вторичной обмотки замыкается и в ней появляется ток I₂. Таким образом, электрическая энергия первичной цепи будет преобразована в электрическую энергию переменного тока вторичной цепи с той же частотой.

3. Режим холостого хода трансформатора имеет место, когда разомкнута цепь его вторичной обмотки, в ней нет тока, и она не оказывает влияния на режим работы первичной обмотки. Ток холостого хода зависит от потерь электрической энергии, которые невелики, и ими можно пренебречь, и намагничивающего тока. Ток холостого хода трансформатора равен

и он очень мал.

Для выяснения соответствия действительных значений тока холостого хода, потерь мощности в магнитопроводе и коэффициента трансформации расчетным данным вновь спроектированного трансформатора проводят опыт холостого хода (или при отсутствии паспортных данных).

4) Измерения коэффициента трансформации, так как ток холостого хода в первичной обмотке очень мал и потерями напряжения в первичной обмотке можно пренебречь в виду его небольшого значения по сравнению с E₁. Коэффициент трансформации можно определить по показаниям приборов как отношение первичного напряжения к вторичному напряжению.

5) Потери мощности в магнитопроводе обусловлены тем что, во-первых, не все линии магнитной напряженности проходят через магнитопровод, во-вторых, требуется некоторая энергия на перемагничивание магнитопровода, в-третьих, из-за паразитических токов Фуко. Все эти потери обусловлены только характеристиками магнитопровода и не зависят от тока нагрузки.

6) Для выяснения соответствия значений расчетных данных сопротивлений r_x и x_k их действительным значениям проводят опыт короткого замыкания. Опыт проводят также и для определения сопротивлений, когда их значения не известны.

Опыт короткого замыкания проводят когда напряжение на первичной обмотке такого значения, при котором ток в обмотках равен номинальным значениям. Напряжение при этом оказывается не более 5-15 % номинального. Это напряжение называют напряжением короткого замыкания и обозначают U_1к. Такой режим работы обеспечивает безопасность проведения опыта.

7) Так как напряжение, подводимое к первичной обмотке трансформатора мало и равно Е₁=4.44w₁fФ_m, мал и магнитный поток, проходящий через магнитопровод тоже мал. Поэтому потери мощности в магнитопроводе, которые пропорциональны квадрату магнитного потока, практически равны 0.

9) Зависимость напряжения на вторичной обмотке трансформатора от тока U₂=f(I₂) при U₁=const и cosφ₂=const нагрузки называется внешней характеристикой. Из формулы для упрощенной схемы замещения трансформатора следует, что с изменением тока во вторичной обмотке напряжение на вторичной обмотке изменяется. Значение напряжения на вторичной обмотке определяется потерей напряжения в обмотках. Потеря напряжения есть разность между первичным и приведенным вторичным напряжением. Потеря напряжения определяется по векторной диаграмме упрощенной схемы замещения трансформатора. Получаем:

=

Внешние характеристики трансформатора при различных значениях коэффициента мощности потребителей:

1-чисто активный характер нагрузки

2-активно-емкостной характер нагрузки

3-активно-реактивный характер нагрузки

10) В трансформаторе теряется энергия в обмотках и в магнитопроводе. Потери мощности в обмотках равны

Потери мощности в магнитопроводе составляют

Отсюда КПД трансформатора равно:

=

Где

При отсутствии нагрузки КПД будет равно нулю, т.к. мощность не потребляется. При малых значениях нагрузки, когда потерями в обмотках можно пренебречь из-за небольшого значения тока нагрузки, значение потерь мощности в магнитопроводе становятся сравнимыми с полезной мощностью, КПД трансформатора становится небольшим. При увеличении тока нагрузки КПД трансформатора возрастает. Потери мощности в магнитопроводе трансформатора не зависят от нагрузки, в то время как потери в обмотке растут пропорционально квадрату тока. С учетом этого КПД трансформатора максимально при равенстве потерь мощности в обмотках и в магнитопроводе. При дальнейшем возрастании нагрузки трансформатора потерями в магнитопроводе можно пренебречь. При этих условиях КПД трансформатора с увеличением тока нагрузки сверх номинальной будет снижаться.

Потери мощности в стали и в меди.

В трансформаторе теряется энергия в обмотках (потери в меди) и в магнитопроводе (потери в стали).

Потери мощности в обмотках равны

Потери мощности в магнитопроводе равны

- удельные потери в стали Вт/кг, при В_m=1 Тл

- удельные потери в стали Вт/кг, при В_m=1,5 Тл

8