Лабораторная работа № 4
Цель работы:
изучить устройство и принцип действия однофазного трансформатора; испытать трансформатор в режимах холостого хода, нагрузки, короткого замыкания; рассчитать параметры схемы замещения трансформатора.
Основные теоретические положения.
Трансформатор служит для преобразования электрической энергии переменного тока с одним соотношением напряжения и тока в электрическую энергию с другим соотношением этих же величин при неизменной частоте. Простейший однофазный трансформатор состоит из замкнутого сердечника-магнитопровода, выполненного из тонких изолированных друг от друга листов электротехнической стали с магнитомягкими ферромагнитными свойствами, на котором расположены две независимые обмотки: первичная и вторичная.
Переменный магнитный поток, созданный в магнитопроводе трансформатора переменным током İ1 первичной обмотки, наводит в обеих обмотках ЭДС, действующее значения которых:
где Ф max – амплитуда магнитного потока, f – частота тока,
|
|
w1, w2 – число витков первичной и вторичной обмоток.
Физические процессы, происходящие в трансформаторе, работающем под нагрузкой, можно характеризовать параметрами Z1, Z2 , Z0 схемы замещения трансформатора (рис. 1), которые определяют по результатам измерения величин U10, I10, P0 в опыте холостого хода при номинальном первичном напряжении U10 = U1H и по величинам U1 K, I1K, PK, полученным в опыте короткого замыкания при номинальном первичном токе I1K = I1H.
|
В опыте холостого хода U10 << U1Н, I1 << I 1Н, I2 =0, потерями мощности в меди можно пренебречь ( РМ << РСТ.), Rк << R0 и Xк << X0 , поэтому параметрами Rк и Xк можно пренебречь; можно считать, что ваттметр первичной цепи показывает потери мощности в стали РСТ.
Учитывая, что Рк << Р0, Р0=Р10=Рст., получим:
В опыте короткого замыкания, который проводится при пониженном напряжении U1K» (3…5) % U1H, т. е. U1K << U1Н и номинальных токах I1K = I1H, I2K = I2H, величиной тока намагничивания можно пренебречь, потерями мощности в стали ( РСТ. << РМ) можно пренебречь; можно считать, что ваттметр первичной цепи показывает потери мощности в меди РМ.
Учитывая, что Р0 << РК, РК=РМ получим:
где RK и XK – активное и индуктивное сопротивления короткого замыкания.
Параметры схемы замещения:
Коэффициент трансформации трансформатора:
Ток холостого хода принято выражать в процентах от номинального значения I1н:
I10%=(I10/I1н)100%
Коэффициент мощности трансформатора вычисляют по формуле:
К.П.Д. трансформатора:
|
|
где
Коэффициент загрузки трансформатора:
Изменение вторичного напряжения при переменной нагрузке принято выражать в процентах от номинального значения (U2н=U20):
DU2 % =
где U2 – напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора при заданной нагрузке.