Опыт короткого замыкания.

Схема проведения опыта короткого замыкания представлена на рис. 8.

Рис. 8. Схема проведения опыта короткого замыкания

Во вторичную обмотку трансформатора включен амперметр, сопротивление которого практически равно нулю, т.е. вторичная обмотка фактически замкнута накоротко, U_2К = 0.

Такое замыкание вторичной обмотки при подаче на первичную обмотку номинального напряжения приведет к возникновению значительных токов, которые будут нагревать провода обмоток, вплоть до выхода трансформатора из строя.

Поэтому, при проведении опыта короткого замыкания, напряжение, подводимое к первичной обмотке, постепенно повышают с помощью автотрансформатора от нуля до напряжения U_1К, при котором впервичной и вторичной обмотках устанавливаются номинальные токи I_1К=I_1HOM,

I_2К = I_2HOM, значения которых берутся из паспорта трансформатора.

Напряжение U_1К, соответствующее номинальным токам в обмотках, называется напряжением короткого замыкания. Оно невелико, составляет несколько процентов от номинального (U_1К ≈ 5 10%U_1HOM) и полностью уравновешивается падением напряжения на сопротивлениях обмоток трансформатора.

Мощность Р_К, потребляемая трансформатором и измеряемая ваттметром в опыте короткого замыкания, расходуется на нагрев обмоток (потери в меди) ∆Р_М и на нагрев сердечника (потери в стали) ∆Р_С:

Р_К = ∆Р_М + ∆Р_С

Потери в сердечнике трансформатора пропорциональны квадрату приложенного напряжения. Так как напряжение, подаваемое на трансформатор в опыте короткого замыкания мало, по сравнению сноминальным, то потерями в стали можно пренебречь и считать, что мощность, измеренная в этом опыте, будет равна потерям в обмотках трансформатора, т.е. потерям в меди:

Р_К ≈ ∆Р_М =

где R_K – суммарное активное сопротивление обмоток трансформатора.

Так как опыт короткого замыкания проводится при номинальных токах обмоток, то потери в обмотках трансформатора в этом опыте равны номинальным, т.е. Р_К = ∆Р_{М НОМ}.

Суммарные активное, полное и индуктивное сопротивления обмоток трансформатора R_K, Z_K и X_K рассчитываются в следующем порядке:

R_K= (16)

Z_K=U_1KI_1K(17)

X_K= (18)

Поскольку для повышения КПД трансформатора его обмотки согласованы, т.е. R₁= и X₁= , то сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора R₁, R₂, , Х_1, X₂, определяем из выражений:

R₁= =R_к/2(19)

X₁= =X_к/2(20)

R₂= (21)

X₂= (22)

План лабораторной работы

Задание 1. Провести опыт холостого хода трансформатора.

Порядок выполнения работы.

1. Ознакомиться с приборами, аппаратами и оборудованием стенда, используемыми при выполнении работы и занести отчет номинальные технические данные исследуемого трансформатора: U _1н = 220 В; U ₂₀= 14,7 B;

U _к = 11%; S = 40ВА; I _1н = 0,3 А; I _2н = 3А.

2. Собрать электрическую схему опыта холостого хода в соответствии с рис.7.

Перечень оборудования, используемого в схеме:

Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), служащий для регулирования величины напряжения, подаваемого на исследуемый трансформатор.

Вольтметр V₁ = 75 – 150 – 300 – 600 В.

Амперметр А₁ = 0,25-1 А.

Ваттметр W = 75 – 150 – 300 -600 В, I=1-2А.

Вольтметр V₂ = 7,5 – 15 – 30 – 60 В.

3. Включить основной рубильник на стенде и рукояткой лабораторного автотрансформатора установить напряжение U _1н = 220 В.Величина выставленного напряжения контролируется вольтметром V ₁.

4. Измерить значения тока холостого хода I₁₀, потребляемой мощности Р₀ инапряженияна вторичной обмотке U₂₀.

5. Используя результаты измерений, вычислить величины Z₀, R_0, X₀, cosφ₀, φ₀, K, α в соответствии с вышеприведенными формулами.

6. Pезультатыизмерений и вычислений занести в табл.1.

7. Начертить схему замещения трансформатора в режиме холостого хода.

8. Начертить векторную диаграмму трансформатора в режиме холостого хода.

Таблица 1.

Измеренные величины

Вычисленные величины

U 1

I 10

P 0

U 20

Z 0

R 0

X 0

cosj0

j0

К

α

В

А

Вт

В

Ом

Ом

Ом

град

град

0,09

15,4

Задание 2. Провести опыт короткого замыкания.

Для выполнения задания использовать те же приборы, что и в предыдущем опыте, заменив вольтметр V₂ амперметром A₂ на 5А (рис.8).

1. Установить ручку ЛАТРа на «0», после чего подать на него напряжение с помощью выключателя «ВКЛ», установленного на стенде.

2. Поворачивая ручку ЛАТРа, постепенно повышать напряжение, подаваемое на первичную обмотку исследуемого трансформатора до тех пор, пока в ней не установится номинальный ток I _1н = 0,3 А. Величину устанавливаемого тока контролировать амперметром А₁.

3. Измерить значения тока первичной обмотки I_1к, мощности короткого замыкания Р_к и тока вторичной обмотки I_2к.

5. Используя результаты измерений, вычислить величины Z_к, R_к, X_к,R₁, R₂, , Х_1, X₂, , cosφ_к.

6. Pезультатыизмерений и вычислений занести в табл.2.

Таблица 2.

Измеренные величины	Вычисленные величины
I 1к= I 1н	U 1к	P к	I 2к= I 2н	R 1	R2		Х1	X2		cosφк
А	В	Вт	А	Ом	Ом	Ом	Ом	Ом	Ом
0,3	23,0	6,5

Задание 3. Провести снятие внешней характеристики трансформатора.

1. Собрать электрическую схему в соответствии с рис.9.

Перечень оборудования, используемого в схеме:

Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), служащий для регулирования величины напряжения, подаваемого на исследуемый трансформатор.

Вольтметр V₁ = 75 – 150 – 300 – 600 В.

Амперметр А = 0,25 - 5 А.

Вольтметр V₂ = 7,5 – 15 – 30 – 60 В.

Реостат, установленный на стенде R = 30 Ом = 5А.

2. Включить основной рубильник на стенде и рукояткой лабораторного автотрансформатора установить напряжение U _1н = 220 В. Величина выставленного напряжения контролируется вольтметром V ₁.

Рис. 9. Схема снятия внешней характеристики трансформатора.

3. Произвести измерения напряжения при изменении тока в пределах от 0 до 3А с интервалом 0,5 А, изменяя активную нагрузку трансформатора с помощью реостата R.

4. Вычислить значения коэффициента загрузки трансформатора β в соответствии с выражением (9).

5. Вычислить значения КПД трансформатора η при всех значениях измеренных токов I₂ в соответствии с выражением (10). При расчетах использовать паспортное значение мощности трансформатора S_НОМ, значения мощностей Р₀ и Р_к, измеренных в режимах холостого хода и короткого замыкания соответственно и вычисленные значения коэффициента загрузки β. Принять

cosφ_н = 1, т.к. в качестве нагрузки используется реостат, являющийся активным сопротивлением.

6. Результаты измерений и вычислений занести в табл.3

7. Построить графики внешней характеристики трансформатора U₂(I­₂) и зависимости η(I₂).

8. Построить векторную диаграмму трансформатора в рабочем режиме.

Таблица 3

I 2 , A		0,5	1,0	1,5	2,0	2,5
U 2 , В	15,4	15,0	14,6	14,3	14,0	13,8	13,6
η

Оформить отчет по лабораторной работе.

Отчет должен содержать:

1. Паспортные данные исследуемого трансформатора.

2. Электрические схемы с обозначениями приборов.

3. Расчеты параметров трансформатора.

4. Таблицы с результатами измерений и вычислений.

5. Схемы замещения трансформатора в режиме холостого хода и в рабочем режиме.

6. Основные уравнения трансформатора.

6.. Векторные диаграммы холостого хода и рабочего режима трансформатора.

7. Внешнюю характеристику трансформатора.

8. График зависимости h от I ₂ .

Контрольные вопросы

1. Какими факторами обусловлена необходимость трансформирования, т.е. повышения и понижения напряжения.

2. Что такое трансформатор.

3. Из каких основных частей состоит трансформатор.

4. Посредством чего осуществляется передача электрической энергии из первичной обмотки трансформатора во вторичную.

5. Что такое холостой ход трансформатора.

6. Что такое коэффициент трансформации.

7. В каком режиме работы трансформатора и как определяется коэффициент трансформации.

8. Что такое схема замещения трансформатора.

9. В чем заключается приведение вторичной обмотки трансформатора.

10. Что такое КПД трансформатора.

11. Как определяется КПД трансформатора.

12. Какие потери мощности происходят при работе трансформатора.

13. Какие потери мощности определяются в режиме холостого хода.

14. Какие потери мощности определяются в режиме короткого замыкания.

15. Какие параметры схемы замещения определяются в режиме холостого хода.

16. Какие параметры схемы замещения определяются в режиме короткого замыкания.

17. Что такое коэффициент загрузки трансформатора и для чего он используется.

18. При каких токах и напряжениях проводится опыт холостого хода.

19. При каких токах и напряжениях проводится опыт короткого замыкания.

20. Что такое внешняя характеристика трансформатора.

21. Зависит ли КПД трансформатора от величины нагрузки.

22. Показать различия в схемах проведения опытов холостого хода и короткого замыкания.

Дата добавления: 2015-08-27