Читайте также: |
|
Цель работы:
Изучение устройства и принципа действия однофазного трансформатора, изучение методов его испытания.
Приборы:
1. Трансформатор.
2. Амперметр с пределами измерений 0,5 ± 1,0 А, 1,0 ± 2,0 А, 5 ± 10 А.
3. Вольтметр с пределами измерений 7,5 ± 60 В, 75 ± 300 В.
4. Ваттметры.
5. Соединительный провод.
I. Теоретическая часть.
Трансформатором называется электромагнитный аппарат, в котором ток одного напряжения преобразуется в переменный ток другого напряжения той же частоты. Процесс подобного преобразования энергии называется трансформацией. Всякий трансформатор является прибором обратимым: может одновременно служить как для повышения, так и для понижения напряжения.
Рис. 1. Принципиальная схема трансформатора
Обмотка, соединенная с источником энергии называется первичной, остальные обмотки, отдающие энергию во вторичную, внешнюю цепь, называются вторичными.
Для испытания однофазного трансформатора применяется опыт холостого хода и опыт короткого замыкания.
Опыт холостого хода:
Холостым ходом работы трансформатора называется такой режим работы, когда к первичной обмотке подведено напряжение, а вторичная обмотка разомкнута. Ток, который идет в это время в первичной обмотке, называется током холостого хода трансформатора и обозначается I0. Этот ток создает переменный магнитный поток Φ в сердечнике трансформатора. Для мгновенного значения э. д. с. обмотки можно записать
,
где W1 и W2 – число витков первичной и вторичной обмотки.
Если приложенное к первичной обмотке напряжение синусоидально, то магнитный поток Φ изменяется по такому же закону
,
где Φm – амплитуда магнитного потока.
Подставляя это выражение в предыдущую формулу и проведя дифференцирование, получим
Действующие значение э. д. с. первичной обмотки равно
,
а во вторичной обмотке
,
где f – частота переменного тока.
Разделив одно уравнение на второе, получим коэффициент трансформации трансформатора
Если считать, что и , то
Мощность холостого хода трансформатора расходуется на потери в стали сердечника (состоящие из потерь на гистерезис и потерь на вихревые токи) и потери в меди.
Так как и при холостом ходе потери в меди очень малы по сравнению с мощностью холостого хода Рхх, то ими можно пренебречь и считать, что мощность холостого хода тратится на потери в стали
Следовательно, опыт холостого хода трансформатора дает возможность определить коэффициент трансформации и потери в стали сердечника трансформатора. Коэффициент мощности при холостом ходе трансформатора равен:
Опыт короткого замыкания:
Опыт короткого замыкания проводится при закороченной обмотке трансформатора. К первичной обмотке подводят такое небольшое напряжение, при котором токи в обмотках равны номинальным. Это пониженное напряжение U1k называется напряжением короткого замыкания. U1k выражают обычно в процентах от номинального напряжения U1Н
Потери в опыте короткого замыкания определяются только нагревом обмоток, так как напряжение на первичной обмотке и магнитный поток в сердечнике очень малы.
Параметры схемы могут быть определены по формулам:
Zk, rk, Xk - полное, активное и индуктивное сопротивление короткого замыкания.
Коэффициент мощности при опыте короткого замыкания равен
или
Внешняя характеристика трансформатора.
При изменении нагрузки трансформатора изменяется напряжение на зажимах вторичной обмотки. Изменением напряжения трансформатора U при заданном коэффициенте мощности называется алгебраическая разность между номинальным вторичным напряжением и напряжением, устанавливающимся на зажимах вторичной обмотки при номинальном вторичном токе I1H, номинальной частоте fH и номинальном вторичном напряжении U1H. Это изменение определяется процентным отношением к номинальному вторичному напряжению.
Изменение вторичного напряжения трансформатора называется активным и индуктивным падением напряжения в первичной и вторичной обмотке трансформатора. Падение напряжения в обмотках современных трансформаторов незначительно (порядка 2-3%).
Изменение напряжения определяется путем снятия так называемой внешней характеристики трансформатора, т. е. зависимости:
при
(обычно при cosφ = 1 или cosφ = 0,8)
Коэффициент полезного действия трансформатора.
В трансформаторе существует два вида потерь: потери в стали сердечника вследствие гистерезиса и вихревых токов и потери в меди обмоток вследствие нагревания токами. КПД трансформатора определяется формулой
При постоянстве напряжения питающей сети U1 и частоты f, амплитуда магнитного потока Φm практически не зависит от величины нагрузки. Поэтому потери в стали при нагрузке равны потерям холостого хода
Потери в меди Рм1 можно определить по данным опыта короткого замыкания
,
где - коэффициент нагрузки.
Активная мощность нагрузки
SH – номинальная мощность трансформатора.
Подставляя полученные соотношения в исходную формулу, получим:
Задания для самостоятельной работы.
Изучите работу однофазного трансформатора, подготовьте ответы на контрольные вопросы.
Решите задачи:
1. Однофазный трансформатор с номинальной мощностью SH = 3кВа при напряжении U1 = 120В имеет при холостом ходе U2 = 25В. Определить k12, I1H, I2H (потерями трансформатора пренебречь).
2. Определить КПД этого трансформатора при токе I1 = 15А, если известно, что нормальные потери в стали Pcm= 60Вт и в меди PM= 45Вт.
3. Почему в режиме длительного холостого хода нагревается сердечник трансформатора, а провода обмотки остаются холодными?
4. Почему в испытательном режиме короткого замыкания обмотки нагреваются, а сталь холодная?
5. Чем отличается испытательный режим короткого замыкания от аварийного короткого замыкания во вторичной обмотке?
6. По данным какого опыта определяются потери в обмотках трансформатора?
7. Как изменяются потери в трансформаторе при замене активной нагрузки, реактивной нагрузки, при сохранении полной мощности?
Порядок выполнения работы.
Задание 1
Записать следующие паспортные данные в тетрадь:
Тип прибора.
1. Частота.
2. Номинальная мощность SH(ВА).
3. Номинальное напряжение , .
4. Номинальный ток , .
5. Напряжение короткого замыкания.
6. Коэффициент мощности трансформатора.
Задание 2
Собрать схему по рис. 2 для опыта холостого хода трансформатора, измерить I0, P0 при номинальном напряжении U1. Данные занести в таблицу 1. Вычислить k и . Изменяя напряжение от нуля до номинального (таблица 1), снять 8-10 показаний. Определить потери холостого хода. По данным опыта построить график зависимости
|
|
|
|
Рис. 2
Таблица 1
ИЗМЕРЕНО | ВЫЧЕСЛЕНО | ||||
U1H, B | I1, A | P0, Bm | U2, B | k | cosφ |
Сделать вывод, от чего зависят номинальные потери в стали трансформатора.
Задание 3
Собрать схему по рис. 3 для опыта короткого замыкания. Подвести к первичной обмотке такое пониженное напряжение U1k что бы ток I2k=I2H . Измерить I1k,U1k,P1k, данные занести в таблицу 2. Вычислить rk, Zk, Xk, cosφ. Изменяя ток I2k от I2k=0 до I2k=I2H, Определить электрические потери. Построить график зависимости
Таблица 2
ИЗМЕРЕНО | ВЫЧИСЛЕНО | ||||||
I2k, A | U1k, B | I2k, A | P1k, Bm | rk, Oм | Zk, Oм | Xk, Oм | cosφ |
|
|
|
|
Рис. 3
Чему равны номинальные потери в меди трансформатора?
Задание 4
Собрать схему по рис. 4. Поддерживая неизменным напряжение U1, снять внешнюю характеристику трансформатора для чисто активной нагрузки (cosφ=1). Изменяя реостатом нагрзку от I2=0 до I2=I2H через 1 А, измерить I1, P1, U2, I2, P2 .
Данные занести в таблицу 3. Вычислить КПД трансформатора при разной нагрузке. По данным опыта построить внешнюю характеристику трансформатора U2=f(I2) и график η=f(P2) используя при этом формулы:
(1)
(2)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4
Таблица 3
Измерено | Вычислено | |||||||
№ | U1, B | I1, A | P1, Bm | U2, B | I2, A | P2, Bm | β | η |
1 | ||||||||
2 | ||||||||
3 | ||||||||
4 | ||||||||
5 | ||||||||
6 | ||||||||
7 | ||||||||
8 |
По окончании работы оформить отчет согласно заданиям.
Контрольные вопросы:
1. Объяснить назначение, устройство и принцип действия трансформатора.
2. Где устанавливаются повышающие и понижающие трансформаторы?
3. Как отличить по внешнем виду в трансформаторе обмотку высшего и низшего напряжения?
4. Что называется коэффициентом трансформации трансформатора?
5. Что называется опытом холостого хода трансформатора? Какие величины получают на основании этого опыта?
6. Начертить схему замещения и векторную диаграмму трансформатора в режиме холостого хода.
7. Для чего служит схема замещения трансформатора?
Дата добавления: 2015-07-08; просмотров: 451 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
ВЫПРЯМИТЕЛИ С УДВОЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ | | | СХЕМА МУЛЬТИВИБРАТОРА С КОЛЛЕКТОРНО-БАЗОВЫМИ СВЯЗЯМИ. |