Лабораторная работа № 7

Работу выполнил студент______________________группа

Отметка о выполнении работы_________________( )

дата

Отметка о защите работы______________________( )

дата

1. Наименование работы. Определение параметров и характеристик однофазного трансформатора.

2. Цель работы. Изучение принципа действия трансформатора, экспериментальное определение характеристик и параметров трансформатора, расчёт и построения характеристик.

3. Требования к домашней подготовке:

• Ознакомиться с устройством, принципом действия, основными характеристиками силового однофазного трансформатора.

• Начертить в заготовке отчёта схемы проведения опытов, таблицы для экспериментальных и расчётных данных.

• Ответить устно на контрольные вопросы.

4. Выполнение работы. Выполнение работы осуществляется с использованием принципиальных и монтажных схем.

Монтажные схемы собираются на стенде для проведения экспериментов.

5. Содержание экспериментальной работы.

• Опыт холостого тока;

• Опыт короткого тока;

• Опыт нагрузки.

Результаты опытов заносятся в таблицы 1, 2, 3, 4 и 5.

6. Обработка результатов опытов.

• По результатам опытов необходимо:

• Рассчитать параметры схемы замещения;

• Начертить схему замещения трансформатора;

• Рассчитать и построить внешнюю характеристику трансформатора U₂=f(β) для заданных значений cosφ цепи;

• Рассчитать и построить зависимость К.П.Д. трансформатора от нагрузки.

7. Основные данные. Основные данные исследуемого

трансформатора и параметры схемы.

1. Номинальная мощность трансформатора S_тр 100 Вт

2 Номинальное первичное напряжение U_1Н 220 В

3 Номинальное вторичное напряжение U_2Н 130 В

4 Величина сопротивления в опыте нагрузки

- Активное сопротивление R18 64 Ом

- Индуктивное сопротивление XL2 130 ОМ

- Ёмкостное сопротивление С11 в ходе эксперимента задаётся дискретно со значениями: С11 = 0; С11 = 12 мкф; C11 = 25 мкф; С11 = 40 мкф;

5 Сопротивление трансформатора

- R_к 30 Ом

- Х_к 5,5 Ом

6 Номинальные токи в обмотках трансформатора

8. Порядок выполнения работы.

8.1. Опыт холостого тока.

На рис. 1 и 2 представлены принципиальная схема и монтажная схема опыта холостого тока

• Собрать монтажную схему опыта холостого тока (рис. 2);

Рис. 1. Принципиальная схема опыта холостого тока.

Рис. 2. Монтажная схема опыта холостого тока

• Представить схему для проверки преподавателю;

• Включить питание схемы (Выключатель SA3) и с помощью ЛATPa (TV2) установить номинальное напряжение на первичной обмотке (U_1Н = 220 В);

• Произвести измерение мощности (PW1), тока в первичной обмотке (РА1), а также напряжения на первичной обмотке (PV3) и вторичной обмотке (PV2), данные измерений занести в таблицу № 1.

• Выключить питание схемы (SA3).

Таблица №1

Измерено				Вычислено
U1Н	I10	I20	P10	n	Cosφ10	R0	X0	Z0

• Выполнить вычисления по следующим формулам:

- коэффициента трансформации

- косинуса φ₁₀ при холостом ходе

- параметров ветви намагничивания

• Результаты расчётов занести в таблицу №1.

8.2. Опыт короткого замыкания.

На рис. 3 и 4 представлены принципиальная и монтажная схемы опыта короткого замыкания.

Рис. 3. Принципиальная схема опыта короткого замыкания.

Рис. 4. Монтажная схема опыта короткого замыкания и опыта

нагрузки.

Рис. 5. Принципиальная схема опыта нагрузки.

а) Собрать монтажную схему опыта короткого замыкания (Рис. 4). Вторичная обмотка трансформатора TV3 должна быть замкнута накоротко (включатель SA4 должен быть включен). ЛАТР (TV2) должен быть установлен в положении, при котором U₁ = 0;

б) Представить схему для проверки преподавателю;

в) Включить питание схемы (выключатель SA3) и с помощью ЛАТРа (TV2) плавно повышать напряжение на первичной обмотке U?? до установления в первичной обмотке номинального тока (I_1Н = 0,45А) (РА1).

г) Произвести измерения мощности (PW1), тока в первичной обмотке (РА1), тока во вторичной обмотке (РА2), а также напряжения на первичной обмотке (PV3), данные измерений занести в таблицу №2.

Таблица №2

Измерено				Вычислено
U1К	I1	I2	P1К	CosφK	RK	XK	ZK	UK%

д) Выключить питание схемы (SA3).

е) Выполнить вычисления по следующим формулам:

- параметров схемы замещения:

- приведенное активное сопротивление вторичной обмотки;

- приведенное реактивное сопротивление вторичной обмотки;

- косинуса φ_K

- косинус φ_K при коротком замыкании;

- напряжения короткого замыкания в %

- напряжение короткого замыкания в %

Полученные данные занести в таблицу №2.

Начертить схему замещения.

8.3. Опыт нагрузки трансформатора.

На рис. 4 и 5 представлены принципиальная и монтажная схемы опыта нагрузок.

а) Собрать монтажную схему опыта нагрузки (рис. 4).

Вторичная обмотка должна быть включена на нагрузку, в качестве которой используется активное сопротивление (R18), индуктивное сопротивление (L2) и емкостное сопротивление (C11).

Включатель SA4 (рис. 4) должен быть отключен.

б) Представить схему для проверки преподавателю.

в) Опыт нагрузки выполнить для четырёх значений ёмкостного сопротивления (С11), а именно С11 = 0, 12, 25 и 40 мкф. Емкостное сопротивление включено параллельно сопротивлениям (R18) и (L2). При изменении сопротивлений (С11) выключатель SA3 должен отключать схему от источника питания. Для всех измерениях ЛАТР (TV2) должен быть установлен в положение, при котором напряжение на первичной обмотке должно быть равно в пределах U_1Н = 220 В -180 В.

г) Произвести измерения мощности (PW1), токов в первичной обмотке (РА1), вторичной обмотке (РА2), напряжений в первичной обмотке (PV3) и во вторичной обмотке (PV2) для заданных значений нагрузки.

Результаты измерений занести в таблицу №3.

д) Выключить питание схемы (SA3).

Таблица №3

№

Значения емкости (С11) мкФ

Измерено

Вычислено

U1Н

I1

I2

P1

U2

XC11

Cosφ2

S2

Z2

IC

IL

Опыт

Расчет

1

0

2

12

3

25

4

40

е) Выполнить вычисления по следующим формулам:

- полной мощности S₂ во вторичной обмотке трансформатора

S₂=U₂*I₂;

- cosφ₂ во вторичной обмотке:

(условно примем, что активная мощность в первичной и вторичной обмотках равны, т.е. Р₁ = Р₂);

- емкостного сопротивления Х_C11

f = 50Гц – частота;

С11 - емкость в мкФ.

Z_∑ - полного сопротивления цепи нагрузки.

Для расчётов использовать расчётную схему на рис. 6.

Рис. 6

Полное сопротивление Z_∑ для опыта 1:

Z_∑ = R18 + jX_L2

(т.к. С11 для опыта 1 равно нулю, то Х_C11 = ∞, _а ток в этой ветви равен нулю.)

Сопротивление Z_∑ для опытов 2, 3, 4 вычисляется по формулам:

Полученные значения расчётного сопротивления Z_∑ сравнить с опытными значениями полного сопротивления цепи Z_∑опыт,

Z_∑опыт = U₂/I₂

- токов в параллельных ветвях нагрузки I_C и I_L, по формулам:

Результаты опытов занести в таблицу №3

Результаты опытов (таблица №3) позволяют проследить влияние изменения характера сопротивления нагрузки (за счёт изменения C11) на величину cosφ₂ вторичной цепи.

Для анализа построить векторы I₂ для опытов нагрузки (таблица №3) построение векторов выполнить в соответствии с приложением

8.4 Экспериментальное и расчётное определение внешней характеристики трансформатора.

На рис. 7 и 8 представлены принципиальная и монтажная схемы опыта для снятия внешней характеристики при последовательном соединении сопротивлений R18, L2 и С11.

Рис. 7. Принципиальная схема опыта для снятия внешней

характеристики.

Рис. 8 Монтажная схема опыта для снятия внешней характеристики.

а) Опытное определение внешней характеристики трансформатора выполнить для нагрузки С11, которая изменяется в пределах от 0 мкФ до 60 мкФ.

Активное сопротивление R18 = 64 Ом и индуктивное сопротивление XL2 = 130 Ом при проведении всех опытов остаются постоянными.

Собрать монтажную схему опыта (рис. 8).

б) Представить схему для проверки преподавателю.

в) Характеристику снять для следующих значений емкостного сопротивления С11: 0, 12, 25, 40, 50 60 мкФ.

Произвести измерения напряжения U₁, которое должно быть ровно номинальному, т.е. 220 В. (PV3), тока и напряжения во вторичной обмотке I₂ (РА2) и U₂ (PV2), а также мощности Р₁ (PW) и тока в первичной обмотке I₁, (РА1).

Результаты измерений занести в таблицу №4.

Таблица №4

№	Измерено						Вычислено
	С11 мкФ	U1 B	I1 A	U2 B	I2 A	P1 Вт		XC11	ZН Опыт	ZН Расч	Режим	cosφ
1	0	220
2	12	220
3	25	220
4	40	220
5	50	220
6	60	220

Для каждого опыта вычислить значения емкостного сопротивления X_C11, полного сопротивления нагрузки Z_Н.

Расчёты выполнить по нижеприведённым формулам:

- емкостного сопротивления X_C11

, где

С - ёмкость в мкФ

- полного сопротивления нагрузки Z_Н расч.

Z_НРАСЧ = R₁₈ + j(X₁₂ – X_C11)

и сравнить с опытными данными

косинуса φ, где

Проанализировать полученные данные и установить значения Х_C11, соответствующее режиму резонанса (X_C11 = X₁₂, а I₂ =I_2max)

Для каждого опыта определить режим нагрузки и отметить в таблице №4.

По опытным данным построить внешнюю характеристику трансформатора U₂=f(I₂).

8.5. Расчёт коэффициента полезного действия трансформатора.

Расчёт коэффициента полезного действия трансформатора

, где

β - коэффициент загрузки, расчёты выполнить для β = 0,2; 0,5; 0,7; 1,0.

S_2Н - полная номинальная мощность вторичной обмотки.

S_1Н = U_1Н*I_1Н ≈ S_2Н = U_2Н*I_2Н.

Величина cosφ₂ принимается из опыта №1 по таблице №3. Построить график η=f(β). 9. Требования к составлению отчёта.

В отчёте должны быть представлены схемы опытов, результаты опытов и расчётов должны быть занесены в таблицы. Характеристики трансформатора построены. Расчётные формулы должны представлены в тетради для лабораторных работ или на отдельных листах.

10. Контрольные вопросы.

1. Объясните устройство и принцип действия однофазного трансформатора?

2. Что называется номинальным режимом работы трансформатора?

3. Какие основные уравнения описывают физические процессы, происходящие в трансформаторе?

4. Какие виды потерь мощности характеризует работу трансформатора?

5. Отчего зависит изменение вторичного напряжения трансформатора?

6. Как и с какой целью проводится опыт холостого тока трансформатора?

7. Объясните, почему коэффициент трансформации трансформатора определяется из опыта холостого хода?

8. Почему потери мощности в магнитопроводе трансформатора не зависят от тока нагрузки?

9. Как и с какой целью проводится опыт короткого замыкания трансформатора?

10. Почему при опыте короткого замыкания можно пренебречь потерями мощности в магнитопроводе трансформатора?

11 .Почему при изменении тока во вторичной обмотке трансформатора изменяется ток и в первичной его обмотке?

12. Какое влияние оказывает характер нагрузки на внешнюю характеристику трансформатора?

13.Почему с возрастанием тока нагрузки КПД трансформатора вначале возрастает, а затем снижается?