Исследование однофазного трансформатора

Отчёт.

Лабораторная  работа №1.

Тема: «Исследование однофазного трансформатора.».

Цель: Научиться определять параметры трансформатора в различных режимах его работы.

Оборудование: 1. Стенд СИПЭМ (трансформатор, сопротивление 1000 Ом на стенде, амперметры и вольтметры).

2. Ваттметры — 2 шт.

ХОД РАБОТЫ.

1. 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.

 

2. 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:

u0 = (Uкз/Uном)*100 cos фкз = P1кз/I1кз*U1кз Zкз = U1кз/I1кз Rкз = P1кз/(I1кз)² Xкз = Sqrt((Zкз)² – Rкз)

В следующих двух формулах будет использоваться следующая  конструкция:

1 + а(О2 - О1), где a — температурный коэффициент расширения металла, равный 0.04, а      О2 - О1 — разность рабочей температуры трансформатора (75^ос) и температуры в аудитории(25^ос).

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:

cos 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)
	dt U, %	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:

B = 2*I2 U2 = U20*(1 - 0.01*dt U)  dt 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:

n = 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.

 

4. Анализ характеристик.

Внешняя характеристика показывает величину колебаний —  как положительных, так и отрицательных, в зависимости от изменения нагрузки во вторичной цепи. Индуктивный характер снижает напряжение, а ёмкостной — повышает. Активная — снижает, однако производная графика её не так мала, как у индуктивной.

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.

 

5. 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.

 

6. 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.