Методические указания по выполнению работы

1. Ознакомиться с приборами, аппаратами и оборудованием стенда, используемыми при выполнении работы, и занести в отчет по лабораторной работе номинальные технические данные исследуемого трансформатора.

2. Провести опыт холостого хода. Для этого: а) в соответствии с принципиальной схемой рис. 5 собрать электрическую цепь для проведения опыта холостого хода трансформатора по монтажной схеме рис. 6; питание электрической цепи осуществлять от регулируемого источника синусоидального напряжения;

б) измерение тока I₀, мощности Ро в первичной обмотке трансформатора при холостом ходе проводить измерительным комплектом К505, а напряжение на зажимах вторичной обмотки — цифровым вольтметром В7-22А;

в) установить напряжение на первичной обмотке трансформатора равным номинальному U_1НОМ и записать показания приборов в табл. 1.

Измерения	Вычисления
U1, B	U2, B	I0, A	P0, Bт	n	Cosφ0	ФТ,Вб	Вт,Тл	R0,Oм	X0,Oм

3. Провести опыт нагрузки трансформатора. Для этого:

а) собрать электрическую цепь, принципиальная схема которой для проведения опыта нагрузки исследуемого трансформатора приведена на рис. 7; сборку электрической цепи производить в соответствии с монтажной схемой, приведенной на рис. 8;

б) в качестве нагрузки к зажимам вторичной обмотки трансформатора подключить резисторы с переменными и постоянными параметрами, суммарное сопротивление которых рассчитать с учетом того, что ток во вторичной обмотке должен изменяться от I₂ = 0,1I_2НОМ до I₂ = (1,2...1,25) I_2НОМ; U₁ = U_1НОМ = const.

в) измерение тока I₁, мощности P₁ и напряжения U₁ первичной обмотки трансформатора проводить измерительным комплектом К505,

а измерение тока I₂ и напряжения U₂ вторичной обмотки — цифровыми амперметром и вольтметром;

г) установить на первичной обмотке трансформатора номинальное напряжение U_1НОМ и, изменяя сопротивление резисторов во вторичной цепи с переменными параметрами, провести пять-шесть измерений при различных токах нагрузки в указанном диапазоне его изменений. При проведении опыта напряжение на зажимах первичной обмотки трансформатора поддерживать неизменным. Результаты измерений записать в табл. 2.

Номера измерений	Измерения	Вычисления
U1, B	I1, A	P1,Bт	U2, B	I2, A	P2,Bт	β	γ	η	Cosφ1
…

В таблице: β = I₂ /I_2НОМ — коэффициент нагрузки трансформатора;

γ = U₂ /U_2НОМ — коэффициент изменения напряжения на вторичной обмотке; Р₂ = U₂I₂cosφ₂ — активная мощность потребителя электроэнергии.

4. Опыт короткого замыкания трансформатора произвести при пониженном напряжении на первичной обмотке трансформатора, при котором ток в первичной обмотке I_1K = I_1НОМ , а во вторичной I_2K = I_2НОМ , т. е. токи в обмотках равны номинальным их значениям. Поэтому напряжение, подводимое к первичной обмотке, должно устанавливаться изменением напряжения источника питания от U_1К = 0, т. е. с нулевого его значения до U_1K.

Для проведения опыта короткого замыкания:

а) собрать электрическую цепь, принципиальная схема которой приведена на рис. 9, а монтажная — на рис. 10;

б) измерения тока I_1K, мощности Р_K и напряжения U_1K в первичной обмотке при опыте короткого замыкания трансформатора проводятся измерительным комплектом К505, а измерение тока I_2K во вторичной обмотке — цифровым амперметром;

в) плавно изменяя напряжение на первичной обмотке трансформатора от нуля до значения U_1K, при котором токи в обмотках достигнут I_1НОМ и I_2НОМ, определяемых по паспортным данным, записать значения измеряемых величин в табл. 3.

Измерения	Вычисления
U1K, B	I1K , A	I2K , A	PK, Bт	Cosφ1K	RK, Oм	ZK, Oм	XK, Oм

5. По результатам измерений, проведенных в опыте холостого хода трансформатора (см. п. 2), определить:

а) коэффициент трансформации трансформатора n = U_1НОМ /U_2НОМ,

б) коэффициент мощности трансформатора при холостом ходе

cosφ₀ = Po/U_1НОМ I₀;

в) амплитудные значения магнитного потока и магнитной индукции в сердечнике трансформатора Ф_m= U_2НОМ / 4,44 f₁w₁, B_m= Ф_m / s, где w₁ — число витков первичной обмотки трансформатора; s — площадь поперечного сечения сердечника трансформатора (указаны в паспортных данных);

г) параметры намагничивающего контура (пренебрегая падениями напряжений на R₁ и Х₁ от тока I₀):

R₀ = P₀ / I²₀, Z₀ = U_1НОМ / I₀ и X₀ = ;

д) магнитные потери мощности в магнитопроводе трансформатора

P_{M НОМ} ≈ P₀.

6. По результатам измерений опыта короткого замыкания (см. п. 4) определить:

а) электрические потери мощности в трансформаторе P_{Э НОМ} ≈ P_K,

б) коэффициент мощности трансформатора

cosφ_1K = P_K / U_1K I_1НОМ ;

в) параметры схемы замещения трансформатора

R_K = R₁ + R’₂ = P_K / I²_1K, Z_K = U_1K / I_1K,

X_K = X₁+X’₂ = .

7. По результатам измерений опыта нагрузки (см. п. 3) при различных токах нагрузки определить:

а) коэффициент полезного действия трансформатора при γ = 1

η = ;

6) коэффициент мощности трансформатора

Cosφ₁ = P₁ / U₁I₁.

8. По расчетным и измеренным данным испытаний построить в единой координатной системе внешнюю U₂(I₂) и рабочие характеристики трансформатора: I₁(I₂), η(I₂) и cosφ₁(I₂). Нарисовать схему замещения нагруженного трансформатора с указанием ее элементов.

Контрольные вопросы

1. Поясните назначение трансформатора.

2. На каком принципе основана работа трансформатора.

3. Объясните устройство и принцип действия однофазного трансформатора.

4. Как определяется коэффициент трансформации?

5. Как и с какой целью проводится опыт холостого хода трансформатора?

6. Объясните, почему коэффициент трансформации трансформатора опреде- ляется из опыта холостого хода.

7. Почему потери мощности в магнитопроводе трансформатора не зависят от тока нагрузки?

8. Как и с какой целью проводится опыт короткого замыкания трансформатора?

9. Почему при опыте короткого замыкания можно пренебречь потерями мощности в магнитопроводе трансформатора?

10. Почему при изменении тока во вторичной обмотке трансформатора изме- няется ток и в первичной его обмотке?

11. Какое влияние оказывает характер нагрузки на внешнюю характеристику трансформатора?

12. Почему с возрастанием тока нагрузки энергетические показатели транс форматора вначале возрастают, а затем снижаются?

13. Что применяется в трансформаторе для снижения потерь мощности и вихревых токов?

14. Для чего применяются мокрые трансформаторы?

Литература

1.Касаткин А.С. Электротехника: Учеб. для вузов/ А.С. Касаткин, М.В.Ю. Немцов.- 7-е изд., стер.-М.: Высш. Шк., 2003.-542с.

2.Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учеб. пособие. – Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2001.-448 с.

3.Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (полный курс): Учебник для вузов. Под ред. О.П. Глудкина.-М.: Горячая линия-Телеком, 2003.-768 с.

4.Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов.-7-е изд., стер.-М.: Высш. Шк., 2001.-542 с.: ил.