Теоретическое введение. Ознакомиться с устройством, характеристиками и методами исследования однофазного трансформатора

ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 12

Цель работы

Ознакомиться с устройством, характеристиками и методами исследования однофазного трансформатора.

Трансформатор состоит из стального магнитопровода, собранного из тонких стальных листов, изолированных друг от друга с целью понижения потерь мощности на гистерезис и вихревые токи.

На матнитопроводе однофазного трансформатора (рис. 12.1) расположены две обмотки, выполненные из изолированного провода: первичная и вторичная.

Рисунок 12.1

К первичной обмотке подводится питающее напряжение U₁. Со вторичной обмотки снимается напряжение U₂, которое подводится к потребителю электрической энергии Основными рабочими характеристиками трансформатора являются

– номинальное первичное напряжение U₁,

– номинальное вторичное напряжение U₂,

– номинальный первичный ток I₁,

– номинальный вторичный ток I₂,

– номинальный коэффициент трансформации n,

– номинальная полная мощность S _н,

– коэффициент мощности cos φ,

– коэффициент полезного действия η.

Для определения характеристик трансформатора проводят опыты холостого хода и короткого замыкания.

При опыте холостого хода к первичной обмотке трансформатора подводится напряжение, равное номинальному его значению U_1Н. Вторичная обмотка трансформатора при этом разомкнута и ток в ней равен нулю (I₂=0), в то время как в первичной обмотке трансформатора будет ток холостого хода I₀, значение которого обычно невелико и составляет порядка 3-10 % от номинального тока первичной обмотки I_1H. С увеличением номинальной мощности трансформатора относительное значение тока холостого хода снижается.

Воспользовавшись вторым законом Кирхгофа для первичной и вторичной цепей трансформатора в режиме холостого хода, можно получить уравнения электрического равновесия

где:

Пренебрегая влиянием падения напряжения на первичной обмотке трансформатора I₀Z₁ ввиду его небольшого значения по сравнению с E₁, коэффициент трансформации приближенно можно определить по показаниям приборов при опыте холостого хода как отношение первичного напряжения ко вторичному напряжению:

Активная мощность, потребляемая трансформатором в режиме холостого хода P₀, затрачивается на потери мощности в магнитопроводе и электрические потери мощности в первичной обмотке

P₀=P_м+Р_Э1

Так как активное сопротивление первичной обмотки R₁, как и ток холостого хода I₀ трансформатора, обычно незначительно, то электрические потери в этой обмотке оказываются очень небольшими и ими можно пренебречь В результате этого можно принять, что мощность, потребляемая трансформатором в опыте холостого хода и измеряемая ваттметром, расходуется на потери в магнитопроводе, обусловленные гистерезисом и вихревыми токами т. е. Р₀=Р_м.

Опыт короткого замыкания проводится в процессе исследований трансформатора для определения электрических потерь мощности в проводах обмоток и параметров упрощенной схемы замещения трансформатора. Этот опыт проводится при замкнутой накоротко вторичной обмотке трансформатора. При этом напряжение на вторичной обмотке U₂=0.

При проведении опыта короткого замыкания трансформатора, в отличие от опасного режима короткого замыкания, возникающего в аварийных условиях самопроизвольно, к первичной обмотке трансформатора подводится такое напряжение (около 5% от U_1Н), при котором в его обмотках возникают токи, равные номинальным.

При опыте короткого замыкания вся мощность, потребляемая трансформатором, идет на нагрев обмоток трансформатора, т. е. равна электрическим потерям Р_Э в проводах обмоток трансформатора:

P_к=P_Э+P_м ≈R₁I_1H²+R₂I_2H²+P_м

В выражение для Р_к входят I_1H и I_2H - номинальные значения токов, так как опыт короткого замыкания проводится при номинальном значении тока I_1H. Поэтому, с учетом того, что Р_м≈0, мощность Р_К=Р_Э,т.е. равна потерям мощности в обмотках трансформатора при номинальной нагрузке

Рисунок 12.2	Рисунок 12.3

В соответствии с изложенным, измерив напряжение, ток и активную мощность при опыте короткого замыкания, можно определить параметры упрощенной схемы замещения трансформатора при коротком замыкании (рис. 12.2)

где R_k, X_k и Z_k - активное, реактивное индуктивное и полное сопротивления короткого замыкания трансформатора соответственно.

К нагрузочным характеристикам трансформатора относятся зависимости вторичного напряжения U₂, коэффициента мощности cosφ₁ и коэффициента полезного действия η от тока нагрузки при cosφ₂=const. Характер этих зависимостей представлен на рис 12.3

Зависимость U₂(I₂) напряжения на зажимах вторичной обмотки от тока нагрузки является внешней характеристикой трансформатора. Вторичная обмотка трансформатора по отношению к потребителю электроэнергии является источником энергии, поэтому направление тока во вторичной обмотке (см. рис. 12.1) совпадает с направлением ЭДС Е₂ в этой обмотке. На основании второго закона Кирхгофа для вторичной цепи получим уравнение для внешней характеристики трансформатора

Из полученного выражения следует, что изменение тока нагрузки трансформатора приводит к изменению напряжения на зажимах его вторичной обмотки.

Коэффициент полезного действия трансформатора представляет собой отношение полезной мощности к мощности, потребляемой им из сети:

где:

Р_м - потери в магнитопроводе трансформатора (находят из опыта холостого хода);
Р_Э - электрические потери в обмотках трансформатора (определяют ит опыта короткого замыкания).

Дата добавления: 2015-01-03