Дослідження ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

4.1. Мета роботи

4.1.1. Дослідження однофазного трансформатора в різних режимах роботи.

4.1.2. Визначення параметрів заступної схеми трансформатора.

4.1.3. Побудова зовнішньої характеристики трансформатора.

4.1.4. Побудова векторних діаграм для різноманітних режимів роботи трансформатора.

4.1.5. Вивчити будову однофазного трансформатора.

 

4.2. Основні теоретичні положення

Трансформатор являє собою електромагнітний апарат, який призначений для перетворення електричної енергії змінного струму однієї напруги в електричну енергію змінного струму іншої напруги при незмінній частоті.

Трансформатор складається з замкнутого магніто проводу зібраного з тонких, ізольованих один від другого листів електротехнічної сталі, на якому знаходиться дві обмотки, з ізольованого мідного проводу. На первину обмотку подається напруга мережі, до затискачів вторинної приєднуються навантаження.

Змінний магнітний потік, розбудження в магнітопроводі трансформатора, наводиться в обох обмотках е.р.с., діюче значення яке визначає витрати.

Е₁ = 4,44 W₁ f Фm,

Е₂ = 4,44 W₂ f Фm,

де Фm - амплітуда магнітного потоку;

f  - частота змінного струму;

W₁ і W₂ - числа витків, які відповідають первинній та вторинній обмоткам.

Розрізняють наступні режими роботи трансформатора:

- режим неробочого руху;

- режим короткого замикання;

- режим навантаження.

 

Режим неробочого руху

Режим неробочого руху є таким межовим режимом, при якому вторинна обмотка розімкнута. напруга U₂₀ на її затискачах дорівнює Е₂. Дослід режиму неробочого руху дає змогу визначити наступні величини:

коефіцієнт трансформації:

U_1н

n = ------,

U_2н

де U_1н – номінальна напруга на первинній обмотці трансформатора

струм неробочого руху:

I_1о = (3...10) % I_1н,

 

де I_1н - номінальний струм трансформатора;

активну потужність Ро, яка являє собою втрати потужності при неробочому руху, які витрачаються на втрати активної потужності, на перемагнічування магнітопровода з частотою мережі, а також на компенсацію дії розмагнічення вихрових струмів, які виникають в листах магнітопровода.

Використовуючи результати дослідження неробочого руху та паспортні характеристики трансформатора, можна визначить параметри (Zo, Ro, Xo) заступної схеми (рис. 4.1) трансформатора.

U_1н                 Ро                                Ро

Zо =- -----, cos j ₀ = ------, a = 90 ° - j ₀ , Rо = ------,

I_1о           U_1нI_1о                            I_1о²

,

де R_о - активний опір, втрати потужності в якому дорівнюють втратам потужності в магнітопроводі трансформатора;

Х_о – індуктивний опір первинної обмотки;

Z_о – повний опір;

j₀ – кут зсуву по фазі між струмом та напругою первинної обмотки в режимі неробочого руху;

a - кут між струмом неробочого руху і магнітним потоком в режимі неробочого руху.

Рис. 4.1.

Режим короткого замикання

Режим короткого замикання є другим межовим роботи трансформатора, при якому вторинна обмотка замкнута накоротко.

Розрізняють коротке замикання в процесі експлуатації трансформатора та досліджений режим короткого замикання. При експлуатаційному короткому замиканні до первинної обмотки подається повна напруга мережі і по обмоткам протікають струми значно більші номінальних. В досліді короткого замикання на первинну обмотку подається така знижена напруга короткого замикання (U_1к), при якої по вторинній обмотці тече номінальний струм.

U_1к = (3...10)% U_1н.

 

Рис. 4.2.

 

Потужність Р_к, визначена з досліду короткого замикання являє собою втрати в активних опорах обох обмоток трансформатора

            Р_к = (I_1н )²R₁ + (I_2н)²R₂,

де R₁ і R₂ – активні опори первинної та вторинної обмоток трансформатора.

В досліді короткого замикання визначаються втрати потужності в обмотках трансформатора та уточнюють значення коефіцієнта трансформації  з результатів вимірювання та паспортними даними визначають параметри (R₁, R’₂, X₁, X’₂) заступної схеми трансформатора (рис. 4.1, рис. 4.2.).

                                  U_1к        Р_к             Р_к

Z_к = ------, R_к = ------, cosf_к = -------, ,

                                  I_1н            (I_1н)²         U_1кI_1н

               R_к                    Х_к      (R₂) ^¢      (Х₂) ^¢

R₁ = (R₂) ^¢ = ------, Х₁ = (Х₂) ^¢ = ----, R₂ = ----,  Х₂ = -----,

              2                       2           n²          n²

де R_к і Х_к – активний та реактивний опір короткого замикання трансформатора;

(R₂) ^¢ і (Х₂) ^¢ - приведений опір вторинної обмотки трансформатора до первинної обмотки.

Для даного трансформатора маємо:

                                    I₂

(U₂) ^¢ = nU₂ = U₁, (I₂) ^¢ = -----.

                                   n

Режим навантаження

В режимі навантаження трансформатор навантажується в межах від нуля до номінальної, одним з навантажень: активним, активно-індуктивним або ємнісним.

Рівняння електричного стану цього режиму:

U₂ = Е₂ - I₂(R₂ + jХ₂) = Е₂ - I₂ Z₂,

U₁ = -Е₁ + I₁(R₁ + jХ₁) = -Е₁ +I₁ Z₁,

I₁ = I₁о + (-(I₂)^/),

 

де Z₁ та Z₂ – комплекси повних опорів обмоток трансформатора.

Залежність U₂ = f(I₂) називається зовнішньою характеристикою трансформатора (рис. 4.3).

Процентне вимірювання вторинної напруги при змінному навантажені визначається так:                                               

                                                          U_2о - U₂

D U₂ % = ---------- 100 % ,

U_2о

де U_2о і U₂ – відповідно вторинна напруга при неробочому руху та заданому навантажені, яка визначається вторинним струмом та коефіцієнтом потужності cosf₂ навантаження.

Рис. 4.3.

 

Величину D U₂ можна розрахувати по формулі:

D U₂ % = b (Uа.к. % cos j₂ + Uр.к. % sin j₂),

 

          I₂

де b = ------ - коефіцієнт навантаження;

           I_2н

Uак% - активна складова напруги короткого замикання трансформатора;

Uрк% - реактивна складова напруги короткого замикання трансформатора в процентах;

cos j₂ - коефіцієнт потужності навантаження.

Р_к                R_кI_1н

Uак% = ----- 100 % = --------- 100 %;

Sн                 U₁н

Uрк% = ;           

S_н = U_1н I_1н,

де S_н - повна потужність трансформатора, ВА.

Коефіцієнт корисної дії (ККД) трансформатора

По даним режиму неробочого руху, короткого замикання та режиму навантаження трансформатора визначається к.к.д. трансформатора:

Р₂      Р₂       b S_н cos j₂

h = ----- = ----- = -------------------------,

        Р₁   D Р b S_н cos j₂ + Р_о + b² Р_к

де Р₂ = U₂I₂cos j₂ - активна корисна потужність, знімається з затискачів вторинної обмотки;

Р₁ = U₁I₁cos j₁ - активна потужність, яка споживається трансформатором з мережі;

Залежність h = f( b ) показана на рис. 4.4.

 Рис. 4.4.

b mах - коефіцієнт навантаження трансформатора, при якому к.к.д. трансформатора сягає максимального значення

      b _max =

Побудова векторної діаграми дослідження трансформатора в режимі неробочого руху (рис. 4.5, а) та короткого замикання (рис. 4.5, б). На рис. 4.6. показані векторні діаграми навантаженого трансформатору з навантаженнями: активним (рис. 4.6, а) та активно-індукційним (рис. 4.6, б).

 

4.3. План роботи

4.3.1.Дослідження трансформатора в режимі неробочого руху. Зібрати схему відповідно рис. 4.7.

Увімкнути стенд тумблером “Мережа”, зібрану схему тумблером S9 "верхне положення", пакетним перемикачем.

Встановити напругу на первинній обмотці U_1н = 220В.

Зняти показання приборів U₁, А₁, W₁, U₂. По результатам вимірювання провести розрахунок параметрів схеми заміщення трансформатора (Zо, Rо, Xо, N). Вторинні параметри виміряти підключивши U₁ на вторинну обмотку.

4.3.2. Вимірювання трансформатора в режимі короткого замикання. Зібрати схему згідно рис. 4.8.

 

  Рис. 4.5, а                                               Рис. 4.5, б.

 

             Рис. 4.6, а                                            Рис. 4.6, б

 

 

Рис. 4.7.

 

 

 

Рис. 4.8.

 

Введіть пакетний вимикач Т1, Vф в положення "О".

Увага! Перед проведенням роботи треба впевнитись що всі галетні перемикачі ЛАТРів (Т1, Т1.1, Т1.3) поставлені в поз.“0”. При роботі з трьох фазним ЛАТРом Т1 не допускається одночасне використання однофазних ЛАТРів Т1.1 и Т1.3.

Увімкнути стенд тумблером “Мережа”. Змінюючи первинну напругу перемикачем Т1, Vф, встановити струм у вторинній обмотці Т4 по амперметру А1 в межах (0,8...1) А (ручку галетника ЛАТРа Т1 ставить тільки в межах 0-20 В, для запобігання виходу зі строю елементів схеми). Вимкнути живлення схеми тумблером S9. Увімкнути амперметр А1 в первинне коло дослідного трансформатора Т4, згідно рис. 4.9.

 

 

Рис. 4.9

 

Увімкнути живлення схеми тумблером S9. Зняти показання з приборів А1, V1, W1.

За результатами вимірювання зробіть розрахунок параметрів схеми заміщення трансформатора (Zк, Rк, Хк) та опорів обмоток (R1, X1, R2, X2).

4.3.3. Дослідження трансформатора в режимі навантаження.

Зібрати схему згідно рис. 4.10.

 

Рис. 4.10.

 

Увімкнути стенд тумблером “Мережа”. Увімкнути схему тумблером S9. Встановите напругу на первинній обмотці перемикачем Т1, V_ф = 220В. Змінюючи величину опору навантаження перемикачам R4 (положення 1- 6), зніміть покази приладів V1, V2, А1, А2, W1. Побудуйте зовнішню характеристику U₂ = f(I₂).

 

4.4. Обробка результатів лабораторної роботи

4.4.1. Обчислити параметри схеми заміщення трансформатора.

4.4.2. Обчислите коефіцієнт трансформації.

4.4.3. Побудуйте залежність U₂ = f(I₂).

4.4.4. Побудуйте залежність h = f(I₂).

4.4.5. Накреслите схему заміщення трансформатора.

4.4.6. Намалюйте одну з векторних діаграм трансформатора в масштабі.

 

4.5. Контрольні питання

4.5.1. Конструкція однофазного трансформатора?

4.5.2. Від чого залежать е.р.с обмоток трансформатора?

4.5.3. У яких випадках трансформатор називається таким, що підвищує і коли таким що знижує?

4.5.4. Що називається коефіцієнтом трансформації?

4.5.5. Як визначити номінальні струми обмоток трансформатора, якщо відомі його номінальна потужність і напруга?

4.5.6. Що називається зовнішньою характеристикою трансформатора?

4.5.7. Які втрати енергії мають місце в трансформаторі і від чого вони залежать?

4.5.8. Що називають схемою заміщення трансформатора і як визначити її параметри?

4.5.9. Як виконують досліди неробочого руху і короткого замикання?

4.5.10. Для чого магнітопровід трансформатора збирають з окремих листів електротехнічної сталі?

4.5.11. Чому ватметр в ланцюзі первинної обмотки трансформатора при розімкненій вторинній обмотці практично вимірює потужність магнітних втрат.

4.5.12. Чому в режимі холостого ходу трансформатора його сердечник нагрівається, а обмотки залишаються холодними?

4.5.13. Чому в досвіді короткого замикання значно знижують напругу на первинній обмотці трансформатора?

4.5.14. Чому в режимі короткого замикання трансформатора його обидві обмотки нагріваються, а магнітопровід залишається холодним?

4.5.15. Чому зменшується напруга на затискачах вторинної обмотки при збільшенні струму навантаження при активному і активно-індуктивному навантаженні?

 

5. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: