Однофазный трансформатор

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 = U_1H и по величинам U_{1 K}, I_1K, P_K, полученным в опыте короткого замыкания при номинальном первичном токе I_1K = I_1H.

Z

Объединив сопротивления и обозначив получают Г-образную схему замещения трансформатора:

В опыте холостого хода U₁₀ << U_1Н, I₁ << I _1Н, I₂ =0, потерями мощности в меди можно пренебречь ( Р_М << Р_СТ.), R_к << R₀ и X_к << X₀ , поэтому параметрами R_к и X_к можно пренебречь; можно считать, что ваттметр первичной цепи показывает потери мощности в стали Р_СТ.

Учитывая, что Р_к << Р₀, Р₀=Р₁₀=Р_ст., получим:

В опыте короткого замыкания, который проводится при пониженном напряжении U_1K» (3…5) % U_1H, т. е. U_1K << U_1Н и номинальных токах I_1K = I_1H, I_2K = I_2H, величиной тока намагничивания можно пренебречь, потерями мощности в стали ( Р_СТ. << Р_М) можно пренебречь; можно считать, что ваттметр первичной цепи показывает потери мощности в меди Р_М.

Учитывая, что Р₀ << Р_К, Р_К=Р_М получим:

где R_K и X_K – активное и индуктивное сопротивления короткого замыкания.

Параметры схемы замещения:

Коэффициент трансформации трансформатора:

Ток холостого хода принято выражать в процентах от номинального значения I_1н:

I₁₀%=(I₁₀/I_1н)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 (U_2н=U₂₀):

DU₂ % =

где U₂ – напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора при заданной нагрузке.