Учебное пособие 800401

В реальном трансформаторе необходимо учесть влияние активного сопротивления обмоток и потоков рассеяния. В этом случае уравнения приведенного трансформатора будут иметь вид:

Эти уравнения можно изобразить в виде векторной диаграммы, показанной на рис. 1.9.

В начале откладываем вектор основного магнитного потока Фm. Ток I0 , идущий на создание этого потока, опережает

51

но-индуктивном характере нагрузке, ток I2 отстает от ЭДС. Это позволяет определить I1 .

Рис. 1.9. Векторная диаграмма однофазного трансформатора при работе под нагрузкой [2]

В соответствии со вторым уравнением приведенного трансформатора, находим напряжение на зажимах вторичной обмотки U2 , а в соответствии с первым уравнением - U1 .

52

Угол φ1 позволяет определить активную мощность, подводимую к трансформатору из сети

P1 U1 I1 cosφ1 .

Векторная диаграмма наглядно отображает процессы, происходящие в трансформаторе. Так из векторной диаграммы

зависимости от тока во вторичной обмотке. Векторная диаграмма позволяет проанализировать и режим работы транс-

Рис. 1.10. Зависимость cos φ1 f I2 трансформатора при работе под нагрузкой [2]

При изменении нагрузки от холостого хода до I2н напряжение на зажимах вторичной обмотки изменяется на

U2н .

При активно-ёмкостной нагрузке угол φ2 отрицателен, поэтому и U2 будет отрицательной величиной. В этих условиях при увеличении I2 напряжение на зажимах вторичной

обмотки будет расти и внешняя характеристика примет вид кривой 2 на рис 1.11 [2].

ЗАДАНИЕ НА ПОДГОТОВИТЕЛЬНУЮ РАБОТУ

1.Используя рекомендуемую литературу, конспект лекций и настоящее руководство, изучить устройство, принцип действия трансформатора, его работу в режимах холостого хода, короткого замыкания и под нагрузкой.

2.Рассчитать номинальные токи первичной и вторичной обмоток, токи и напряжения трансформатора при работе в режимах холостого хода и короткого замыкания.

ПРОГРАММА РАБОТЫ

Объектом исследования в работе является однофазный трансформатор типа ОСВ-0,25 У5 с номинальными данными:

Sн = 0,25 кВА, fн = 50 Гц, U1н = 220 В, U2н = 36 В.

Испытуемый трансформатор, ЛАТР, нагрузочные реостаты, магнитные пускатели, аппараты защиты расположены за панелями стенда, а приборы – на панели, но можно применять и переносные лабораторные приборы. Для измерения угла сдвига фаз между током и напряжением первичной обмотки трансформатора используется фазометр.

1.Записать основные технические (паспортные) данные испытуемого трансформатора.

2.Опыт холостого хода

55

а) Подобрать электроизмерительные приборы для проведения опыта холостого хода.

б) Собрать электрическую схему установки для исследования работы трансформатора в режиме холостого хода (рис.

1.12).

в) Установить на первичной обмотке трансформатора напряжение U1=U1н. Измерить ток, угол сдвига фаз между током и напряжением первичной обмотки, напряжение трансформатора. Полученные данные занести в табл. 1.1.

Рис. 1.12. Схема трансформатора в режиме холостого хода

г) По результатам измерений определить коэффициент трансформации k; мощность, потребляемую трансформатором из сети Р1х; мощность потерь в стали сердечника Рс; мощность потерь в меди обмоток Рм.

Коэффициент трансформации определяется следующим

образом k E1 w1 U1 .

E2 w 2 U2

56

В режиме холостого хода мощность вторичной обмотки трансформатора P2=0, поэтому мощность первичной обмотки P1х, представляет собой потери в трансформаторе

P1x = Pс + Pм1 = U1I1xcosφ1x,

где ΔPс – мощность потерь в стали сердечника от гистерезиса и вихревых токов; ΔPм1 – мощность потерь в меди первичной обмотки; φ1x – угол сдвига фаз между напряжением и током первичной обмоткиU1 и I1x.

Так как ток холостого хода I1x очень мал, то мощностьPм1 R1I12x незначительна и ею можно пренебречь. Следова-

тельно, в этом случае принимаем P1x = ΔPс. Так как напряжение первичной обмотки равно номинальному, то P1x= Рсн= Р10. По значениям I1x и Р10 судят о качестве стали сердечника и качестве его сборки.

3. Опыт короткого замыкания

а) Подобрать электроизмерительные приборы для исследования трансформатора в режиме короткого замыкания.

б) Собрать схему для проведения опыта короткого замыкания (рис. 1.13).

Рис. 1.13. Схема трансформатора в режиме короткого замыкания

в) Установить на входе трансформатора такое напряжение U1к при котором ток в первичной обмотке будет равен номинальному.

Номинальные токи однофазного трансформатора рас-

57

считывают исходя из формулы

Sн U1н I1н U2н I2н ,

где Sн – номинальная мощность трансформатора по паспортным данным.

Измерить напряжение первичной обмотки, угол сдвига фаз между током и напряжением первичной обмотки трансформатора, напряжение вторичной обмотки трансформатора. Данные измерений занести в табл. 1.2.

Для того чтобы установить на входе трансформатора напряжение U1к, необходимо изменять входное напряжение от 0 до того значения, при котором ток I1= I1н.

г) На основании опытных данных определить: напряжение короткого замыкания uк; мощность, потребляемую транс-

форматора Р2 = 0. Следовательно, мощность, потребляемая им из сети в данном режим представляет собой потери

Р1к= Рc+ Рмн,

где Рмн – мощность потерь в меди первичной и вторичной обмоток при номинальных токах I1н, I2н:

Так как напряжение Uк (5,0 10%) U1н очень мало, то и мощность потерь в стали Рс U12 в данном опыте будет не-

58

значительна и ею можно пренебречь. Следовательно, в этом случае можно принять Р1к= Рмн=Ркн.

4. Работа трансформатора под нагрузкой

а) Подобрать электроизмерительные приборы для испытания трансформатора под нагрузкой.

б) Собрать схему для проведения испытания трансформатора под нагрузкой (рис. 1.14).

Рис. 1.14. Схема трансформатора при работе под нагрузкой

в) Установить на первичной обмотке трансформатора напряжение U1=U1Н. Изменяя ток вторичной обмотки с помощью тумблеров, расположенных на панели стенда от 0 до 1,2I2Н измерить: угол сдвига фаз между током и напряжением первичной обмотки трансформатора, токи обмоток, напряжение вторичной обмотки трансформатора.

Данные эксперимента занести в табл. 1.3.

г) На основании полученных данных определить: полезную мощность трансформатора Р2; мощность, потребляемую трансформатором из сети Р1; потери мощности трансформатора РΣ; мощность потерь в стали сердечника Рс; мощность потерь в меди обмоток Рм; к.п.д. трансформатора прямым методом (η) и по данным опытов холостого хода и короткого замыкания (η’); коэффициент нагрузки βопт, при котором КПД

максимален.

Мощности первичной и вторичной обмоток трансформатора определяются как

59

P2 U2 I2 cos 2 ,

так как нагрузка трансформатора носит чисто активный характер, то cosφ2=1.

Суммарная мощность потерь трансформатора

РΣ=Р1-Р2.

Мощность потерь в меди обмоток трансформатора

Рм P Рсн ,

где ΔPсн – номинальная мощность потерь в стали сердечника

(при U1 = U1н).

КПД трансформатора:

η P2 . P1

В номинальном режиме работы постоянные потери в стали сердечника Рсн обозначают Р10, переменные потери в

меди обмоток Рмн - Ркн, тогда КПД можно представить как

60