ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ

 ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

   Цель работы : изучение методики экспериментального исследования трансформатора, определение величин элементов схемы замещения.

   Краткие теоретические сведения.

                 R₁   j X₁               j X₂^/         R₂^/  

                              

                         .                              .

                         I₁                            I₂^/

                                                  Rо 

       .                  .              .               .    

      U₁                  Е₁           Е₂^/            U₂^/         Zн ^/

                                  .     j X₀

                                   I₀ 

 

Рис.2.1. Эквивалентная схема трансформатора.

Zк= R₁+ j X₁+ j X₂^/+ R₂^/ - сопротивление короткого замыкания.

R₁+R₂^/ -суммарное сопротивление первичной обмотки и приведенного (пересчитанного сопротивления вторичной обмотки соответственно. В двухобмоточном трансформаторе часто R₁=R₂^/ ; j X₁+j X₂^/ суммарное сопротивление индуктивностей рассеяния первичной обмотки и приведенного сопротивления индуктивности рассеяния вторичной обмотки.

Zо= Rо + j Xо- сопротивление цепи намагничивания.

 X₂^/, R₂^/, Е₂^/, U₂^/ , I₂^/, Zн ^/ -приведенные (пересчитанные) к первичной обмотке сопротивления Zн ^/ = Zн К². Rн ^/ =Zн ^/ cos ; Хн ^/ =Zн ^/ sin , Е₂^/ =К Е₂, U₂^/=К U₂. I₂^/= I₂/К.

Для экспериментального определения параметров схемы замещения трансформатора производят опыт холостого хода (ХХ) и короткого замыкания (КЗ). В опыте ХХ определяют мощность потерь в магнитопроводе Ро, номинальные напряжения обмоток (по началу резкого нарастания тока холостого хода), коэффициенты трансформации, ток холостого хода Iо в амперах или процентах к номинальному току Iн, сопротивление цепи намагничивания Zо= Rо + j Xо. Сопротивлением Z1 в опыте ХХ пренебрегают.          

Опыт КЗ проводят при пониженном напряжении, поэтому он не опасен для трансформатора. В опыте КЗ определяют мощность потерь в обмотках Рк, сопротивление короткого замыкания Zк, напряжение короткого замыкания u_к , его активные u_ка и реактивные u_кr составляющие в единицах напряжения или в процентах к номинальному напряжению. Из эквивалентной схемы видно, что Zк включено последовательно с сопротивлением нагрузки и ограничивает ток короткого замыкания трансформатора. Номинальным значением напряжения короткого замыкания u_к -считается величина напряжения в сетевой обмотке, при которой ток Iк в короткозамкнутых обмотках достигает номинального значения Iн. Обычно напряжение u_к% силовых трансформаторов составляет 5-10% от номинального напряжения, в сварочных трансформаторах 80%. Данные опытов ХХ и КЗ приводят в паспортных данных трансформатора. Мощность Рк обычно в 3…4 раза больше Ро.  Аварийный ток Iк короткого замыкания трансформатора при работе определяется формулой Iк= Iн [100/ u_к%].

В трехфазных трансформаторах в опыте КЗ можно определять сопротивления трансформаторов для токов различных последовательностей.

По результатам опытов ХХ и КЗ определяют кпд трансформатора при различной нагрузке. При коэффициенте нагрузки (отношении I/Iн) Кн = кпд максимален.

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

   1.Проведите опыт холостого хода. Соберите схему согласно рис.2.2. Плавно увеличивая напряжение U1 на первичной обмотке от 0 до 250 В измерьте значения тока первичной обмотки Io, потребляемой мощности Po. Определите номинальное напряжение U1. Результаты занесите в таблицу 2.1.

 

   Рис.2.2. Схема включения трансформатора для проведения опыта холостого хода.

Таблица 2.1. Данные опыта ХХ.

U1, В

U2, В

Io, мА

 Po, Вт

Zo, Ом

Ro, Ом    

Xo, Ом

Cos о

 

  Определите значения и зависимость полного сопротивления Zo от напряжения U₁. Zo= U₁ / Io, активное сопротивление первичной обмотки Ro =Ро/Iо ² , реактивное сопротивление первичной обмотки Xo = ( Zo ² - Ro²), коэффициент мощности Cos о = Ro/ Zо.

2. Постройте полученные зависимости. Рассчитайте параметры эквивалентной схемы приведенного трансформатора.

  Постройте векторную диаграмму трансформатора на холостом ходу.

3. Проведите опыт короткого замыкания в трансформаторе. Соберите схему согласно рис.2.3. Опыт производят при пониженном напряжении ( 5-15% от номинального значения) на первичной обмотке трансформатора и короткозамкнутой вторичной обмотке.

    Увеличивая напряжение первичной обмотки U1к от 0 до 30 В измерьте ряд значений тока первичной обмотки I к, тока вторичной обмотки I к, потребляемой мощности Рк. Результаты измерений занесите в таблицу 2.2. 

    Определите величину напряжения короткого     замыкания uк и uк% при номинальном токе вторичной обмотки. Определите также величину сопротивления короткого замыкания.

4. Вычислите напряжение короткого замыкания в абсолютных uк и в процентах uк%. Определите активную uка и реактивную uкr части напряжения uк%, образующих треугольник короткого замыкания. uка=uк cos к, uкr =uк sin к.

   В процентах u ка% = u к% cos к, uкr% = uк% sin к. u ка - активная часть напряжения короткого замыкания u к. uкr –реактивная часть напряжения короткого замыкания uк.

 

 

Рис.2.3. Схема включения трансформатора для проведения опыта короткого замыкания.

Таблица 2.2.  Данные опыта КЗ.

U1к, В

Iк, А

 Pк, Вт

Zк, Ом

Rк, Ом

Xк, Ом

Cos _к

u_к%

z_к

 

Сопротивления короткого замыкания обмотки Zк= U1к /Iк.

Активная часть сопротивления короткого замыкания Zк: Rк= Рк/Iк². 

Реактивная часть Zк:                                         Хк = ( Zк ² - Rк²).

Коэффициент мощности                    Cos _к = Rк/ Zк = Рк/( U1к /Iк).

    5.Исследование коэффициента полезного действия  трансформатора. Соберите схему согласно рис.2.4. Изменяя величину сопротивления нагрузки (число включенных ламп) исследуйте зависимость  от величины коэффициента нагрузки Кн. (Кн -отношение величины тока I нагрузки к номинальному току Iн обмотки трансформатора).

 cos ₂ -коэффициент мощности нагрузки. Кн Sн cos ₂  -активная мощность в нагрузке.                              

                         Po + Kн² Рк                       Кн Sн cos ₂

   =1-                                             =

               Кн Sн cos ₂ + Ро + Кн² Рк    Кн Sн cos ₂ + Ро + Кн² Рк

    Рис.2.4. Схема для исследования зависимости коэффициента полезного действия трансформатора от коэффициента нагрузки.

Таблица 2.3. Результаты исследования зависимости коэффициента полезного действия трансформатора от коэффициента нагрузки.

I₂, А

U₂, В

  

S₂, BA      

Кн  

Ро, Вт

Рк Кн², Вт

Постройте и объясните графики экспериментальных зависимостей. Постройте векторную диаграмму трансформатора при коротком замыкании.

 

 

Рис. 2.5. Векторная диаграмма трансформатора на холостом ходу.

 

3

 

 

Рис. 2.6. Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании.

1

 

 

0.5

 

 

 

  0                        0.5                      1        1.2 Кн

Рис.2.7.Зависимость коэффициента полезного действия от коэффициента нагрузки.

Cos ₀ Iо, Ро,

         мА Вт

 

0.5

 

 

 

                       0                 100                      200            U, В

Рис.2.8. Зависимости параметров трансформатора от напряжения в опыте ХХ.

 

Cos _к Iк, Рк,

          А Вт

 

0.5

 

 

 

                       0                   10                      20            U, В

Рис. 2.9. Зависимости параметров трансформатора от напряжения в опыте КЗ.

Выводы:

 

 

                              Контрольные вопросы

1. Как, что и зачем определяют в опыте холостого хода?

2. Как, что и зачем определяют в опыте короткого замыкания?

3. Напряжение короткого замыкания 5%. Во сколько раз увеличится ток трансформатора по сравнению с номинальным током при коротком замыкания нагрузки?

4. Напряжение короткого замыкания 80%. Во сколько раз увеличится ток трансформатора по сравнению с номинальным током при коротком замыкания нагрузки? Где возможно применение такого трансформатора?

5. Почему измерительный трансформатор тока работает безаварийно в режиме короткого замыкания?

6. Как зависит КПД трансформатора от коэффициента мощности нагрузки?

7. Как построить векторную диаграмму трансформатора?

8. Как определить ток короткого замыкания при известном сопротивлении короткого замыкания?

9. Как зависит напряжение короткого замыкания от конструктивных особенностей трансформатора?

10. При каких коэффициентах нагрузки целесообразно эксплуатировать трансформатор?

11. Как связаны напряжение первичной обмотки, магнитный поток, ток намагничивания и индукция магнитного поля в опыте холостого хода?

12. Как связаны напряжение первичной обмотки, магнитный поток, ток намагничивания и индукция магнитного поля в опыте короткого замыкания?

Задача.

 

 

  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: