Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

[1, с. 15…117; 2, с.13…94; 3, с.241…356]

Цель работы – исследование однофазового силового трансформатора в режимах холостого хода, опытнейшего недлинного замыкания и при работе на нагрузку.

I. Общие сведения и описание установки

Трансформатором именуется статическое электрическое устройство, созданное для преобразования переменного тока 1-го напряжения в переменный ток другого напряжения при постоянной частоте.

Простой трансформатор состоит Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР из замкнутого магнитопровода и 2-ух изолированных друг от друга обмоток. Магнитопровод из электротехнической стали служит для усиления электрической связи обмоток. Для уменьшения утрат на вихревые токи магнитопровод набирается из отдельных листов, покрытых узкой пленкой изоляционного лака.

Принцип деяния трансформатора основан на законе электрической индукция и заключается в последующем. Если одну Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР из обмоток трансформатора подключить к источнику переменного напряжения, то по этой обмотке, именуемой первичной, потечет переменный ток, который создаст в магнитопроводе переменный магнитный поток, изменяющийся с частотой приложенного к обмотке напряжения.

Переменный магнитный поток индуктирует в первичной обмотке ЭДС самоиндукции, а во вторичной – ЭДС взаимоиндукции. Величины ЭДС определяются Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР магнитным потоком к количеством витков обмоток. При подключении на зажимы вторичной обмотки приемника электронной энергии по цепи этой обмотки потечет переменный ток той же частоты, но отличающийся от тока первичной обмотки величиной и напряжением.

Принципная схема однофазового нагруженного трансформатора приведена на рис. 5.1. Уравнения электрического равновесия трансформатора записываются на базе Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР закона Кирхгофа и имеют вид:

; (5.1)

; (5.2)

, (5.3)

где – коэффициент трансформации; и – напряжения на зажимах первичной и вторичной обмоток; и – токи первичной и вторичной обмоток; – ток вторичной обмотки, приведенной к числу витков первичной обмотки; w1 и w2 – число витков первичной и вторичной обмоток; Zн – комплекс полного сопротивления приемников электроэнергии; Z1 и Z2 – комплексы Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР полных сопротивлений обмоток трансформатора.

Рис. 5.1

Действующие значения ЭДС обмоток равны:

(5.4)

; (5.5)

, (5.6)

где Ф0m и Вm – наибольшие значения основного магнитного потока и магнитной индукции; Fc – поперечное сечение стали сердечника.

Номинальная мощность, измеряемая в вольт-амперах (В·А), однофазового силового трансформатора

. (5.7)

Режимы работы трансформатора

Холостым ходом именуется таковой режим, при котором трансформатор работает Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР с разомкнутой вторичной обмоткой, т.е. при отключенных приемниках электроэнергии.

В режиме холостого хода первичная обмотка трансформатора потребляет от источника маленький, чисто реактивный ток, создающий основной магнитный поток трансформатора. Величина тока холостого хода составляет

,

Мощность, потребляемая трансформатором в этом режиме, фактически равна магнитным потерям, т.е. потерям в стали сердечника на перемагничивание Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР (гистерезис) рг, и вихревые токи pн:

. (5.8)

Электронными потерями на нагревание обмоток при всем этом можно пренебречь, потому что во вторичной обмотке они отсутствуют, а в первичной – пренебрежимо малы.

У современных силовых трансформаторов утраты в стали составляют

.

Потому что при холостом ходе

,

а частота тока постоянна, то U1=kBm и рст Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР=k1Bm2 либо рст=k2U12, т.е. утраты в стали пропорциональны квадрату напряжения первичной обмотки.

При U1=const P0=pст=const.

Коэффициент мощности трансформатора в режиме холостого хода cosj10=P0/(U1I10)= 0,15…0,08.

Так как при холостом ходе трансформатора U1≈E1 и U20=E2, то из этого режима можно найти Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР коэффициент трансформации k, а при известном числе витков обмотки и магнитный поток:

; (5.9)

. (5.10)

Для выявления параметров магнитной цепи трансформатора определяются свойства холостого хода, которыми именуется зависимость величин I10, P0, cosj10 от напряжения U1 при zн=∞. Характеристики z0, R0, x0 обычно рассчитываются при номинальном напряжении U1.

Нагрузочный режим является главным рабочим Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР режимом трансформатора. Вследствие относительно маленький величины падения напряжения в первичной обмотке I1z1=(2…5)%U1 можно считать, что U1≈E1=4,44fw1Ф0m и U1=const, Ф0m=const, т.е. амплитуда основного магнитного потока, а, как следует, намагничивающий ток и утраты в стали сердечника фактически постоянны и не Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР зависят от нагрузки трансформатора.

Важной эксплуатационной чертой нагруженного трансформатора является наружняя черта: U2=f(I2) при U1=U1н=const и cosj2=const.

Вид наружных черт определяется нравом нагрузки, т.е. параметрами приемников электроэнергии, от которых зависят величина и фаза вторичного тока. Наружные свойства трансформатора при активной, индуктивной и Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР емкостной нагрузках изображены на рис. 5.2.

Рис.5.2

Относительное изменение вторичного напряжения трансформатора

(5.11)

именуют потерей напряжения в трансформаторе.

Утрата напряжения конкретно связана с напряжением недлинного замыкания трансформатора

, (5.12)

где uк – напряжение недлинного замыкания, %; b=I2/I2н – коэффициент загрузки трансформатора, j - угол меж векторами напряжения и тока.

При известном Du вторичное напряжение трансформатора Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР определяется по формуле

. (5.13)

Утраты мощности в нагрузочном режиме складываются из неизменных магнитных и переменных электронных утрат

.

Маленьким замыканием именуется таковой режим работы трансформатора, при котором вторичная обмотка замкнута накоротко, а к первичной обмотке подведено напряжение.

Куцее замыкание, возникающее при номинальном напряжении на первичной обмотке, является аварийным режимом. Трансформатор при всем Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР этом может быть разрушен, потому что токи в обмотках добиваются величин, превосходящих номинальные в 10…20 раз у трансформаторов высочайшего напряжения и в 20…40 раз у трансформаторов низкого напряжения. Элементы защиты должны немедля отключать трансформатор при появлении таких эксплуатационных маленьких замыканий.

Опытнейшее куцее замыкание делается при исследовании трансформатора. К первичной обмотке подводится Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР пониженное напряжение, при котором токи в обмотках равны номинальным. Это напряжение, называемое напряжением недлинного замыкания и указываемое в процентах для высоковольтных трансформаторов, составляет

.

Основной магнитный поток трансформатора при опытнейшем маленьком замыкании также составляет 5…10% от потока номинального режима. Потерями в стали pст≡Ф02 и намагничивающим током в этом режиме можно пренебречь.

Мощность, потребляемая трансформатором Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР, фактически вся расходуется на нагревание обмоток, т.е. представляет собой электронные утраты трансформатора

, (5.14)

где Rк – активное сопротивление недлинного замыкания трансформатора.

При токах, хороших от номинального, утраты в обмотках определяются из зависимости

. (5.15)

У современных силовых трансформаторов электронные утраты в обмотках составляют

при коэффициенте мощности

. (5.16)

Утраты и КПД силового трансформатора

Преобразование электронной энергии в трансформаторе сопровождается Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР магнитными и электронными потерями.

Магнитные утраты (утраты в стали) при U1=const не зависят от нагрузки трансформатора, именуются неизменными и определяются из режима холостого хода по формуле (5.8).

Электронные утраты на нагревание обмоток, пропорциональные квадрату токов и зависящие от нагрузки трансформатора, именуются переменными и определяются из опыта недлинного замыкания по Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР формуле (5.15).

Суммарные утраты составляют

,

КПД трансформатора

, (5.17)

где P1 и Р2 – потребляемая и нужная активные мощности трансформатора.

Современные силовые трансформаторы имеют КПД, равный 0,95…0,995. Зависимость КПД h трансформатора от нагрузки и cosj2 показана на рис. 5.3. Относительная разность мощностей Р1 и Р2 при всем этом оказывается сопоставимой с погрешностью электроизмерительных устройств. Потому при Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР определении КПД рекомендуется определять одну из мощностей, а другую определять по измеренной мощности и потерям.

Рис. 5.3

КПД может быть вычислен по формулам:

. (5.18)

При использовании паспортных данных трансформатора КПД определяется зависимостью

. (5.19)

Для приятного представления рабочих параметров трансформатора по результатам исследования под нагрузкой могут быть построены графики P1=f(P2), I Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР1=f(P2), cosj1=f(P2), U2=f(P2), h=f(P2) при U1=U1н и cosj2=const.

Схема замещения трансформатора

Схемой замещения трансформатора именуется электронная цепь, в какой магнитная связь меж обмотками заменена электронной связью меж активно-индуктивными элементами. Схема замещения описывается теми же уравнениями и имеет энерго свойства, эквивалентные Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР реальному трансформатору.

Наибольшее применение на практике имеет облегченная Г-образная схема замещения (рис. 5.4). Для массивных трансформаторов применяется простая схема (рис. 5.5).

Характеристики схемы замещения определяются по результатам опытов холостого хода при U1=U1н и недлинного замыкания:

Рис. 5.4 Рис. 5.5

Контрольные вопросы и задания

1. Где и для каких целей употребляются трансформаторы в технике Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР?

2. Растолкуйте устройство, предназначение главных частей конструкции и принцип деяния двухобмоточного силового трансформатора.

3. Почему для производства магнитопровода трансформатора применяется особая листовая электротехническая сталь?

4. Какими номинальными данными характеризуется силовой трансформатор?

5. Напишите главные уравнения двухобмоточного трансформатора: уравнение ЭДС для первичной и вторичной обмоток, уравнение намагничивающих сил.

6. Охарактеризуйте режим холостого хода силового Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР трансформатора и особенности этого режима работы.

7. Укажите примерные соотношения меж величинами тока, мощности и коэффициента мощности в режиме холостого хода и номинальном режиме.

8. Какие энергопотери (мощности) вероятны в трансформаторе при холостом ходе, как они связаны с главным магнитным потоком и напряжением первичной обмотки трансформатора?

9. Что именуется коэффициентом трансформации Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР трансформатора? Как найти его расчетным и опытным методом?

10. Как делается опыт холостого хода и что определяется по результатам этого опыта?

11. Охарактеризуйте режим недлинного замыкания трансформатора. Чем отличается опытнейшее куцее замыкание от эксплуатационного?

12. Укажите примерные соотношения меж величинами напряжения, тока, мощности и коэффициента мощности опытнейшего недлинного замыкания и номинального режима.

13. Какие энергопотери Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР мощности имеют место в трансформаторе при опытнейшем маленьком замыкании, какова их величина по сопоставлению с потерями холостого хода?

14. Как делается опыт недлинного замыкания л что определяется по результатам этого опыта?

15. Как и почему меняется вторичное напряжение трансформатора при изменении величины и нрава нагрузки?

16. Что именуется наружной чертой трансформатора и Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР какой вид она имеет при разных по нраву нагрузках: активной, индуктивной, емкостной?

17. Что именуется относительным конфигурацией либо потерей напряжения в трансформаторе, от чего оно зависит и как связано с напряжением недлинного замыкания трансформатора?

18. Какие энергопотери (мощности) имеют место в трансформаторе, работающем под нагрузкой, как эти утраты определяются Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР экспериментально?

19. Как зависят величины КПД и cosj1 трансформатора от степени его загрузки? Почему режим работы трансформатора при малой загрузке считается неэкономичным?

20. Чему равен КПД современных силовых трансформаторов, как он рассчитывается по опытным и номинальным данным, при какой по величине нагрузке добивается наибольшего значения?

21. Что представляет собой облегченная Г-образная схема Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР замещения трансформатора и как определяются по опытным либо каталожным данным ее характеристики?

22. Какие характеристики схемы замещения зависят от величины первичного напряжения трансформатора? Какой приблизительно вид имеют эта зависимости?

Для трансформатора ОСБ–1,1/0,22 с Sн=1,1 кВт, U1н=220 В, U2н=127 В, P0=70 Вт, Pк=100 Вт найти I1н, I Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР2н, P2, cosj1, b, h, DU для варианта, соответственного номеру бригады (табл. Р5.1).

Таблица Р5.1

Номер бригады U1, В I1, A P1, Вт U2, В I2, А
2.3 2,1
3,1 3.7
3,U 4,7
4.2 i22 5,9
S 4.Я 7,1
5,3 120. 8,2
5,7 8,8
6,4 10,0

II. Порядок выполнения работы

Собрать электронную схему рис. 5.6 с учетом П.1-5 короткой аннотации по технике безопасности.

Рис. 5.6. Электронная схема соединений Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР для исследования трансформатора

Регулировочную ручку автотрансформатора А3 поверните против часовой стрелки до упора.

Установите регулировочные ручки тумблеров активной нагрузки А2 в положение "0".

Тумблером в блоке А1 установите номинальное первичное напряжение трансформатора 230 В (U1=U1н=const).

Включите питание автотрансформатора А3.

Черта холостого хода.

Вращая регулировочную ручку автотрансформатора Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР А3, устанавливайте напряжение, прикладываемое к первичной обмотке испытуемого трансформатора, от 0 до 1,15Uн. Мерьте и заносите показания вольтметров блока измерителей Р3, амперметра Р1, ваттметра и варметра измерителя Р4 мощностей в таблицу 5.1.

Таблица 5.1

U1, А
U2o,.B
I1o
Pо, Вт
Q, В.Ар

Установите номинальное напряжение первичной обмотки испытуемого трансформатора U1= 230 В Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР и определите величину тока холостого хода I1o. Обусловьте коэффициент трансформации k= U1/U2o.

Наружняя черта трансформатора.

Перемещая регулировочные ручки активной нагрузки А2 по часовой стрелке, заносите показания вольтметров V1, V2 блока измерителей Р3, амперметров Р1, P2 и ваттметра измерителя мощностей Р4 в таблицу 5.2.

Таблица 5.2

U Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР1, А
U2, B
I1, А
I2, А
P1, Вт

Черта недлинного замыкания.

Регулировочную ручку автотрансформатора А3 поверните против часовой стрелки до упора.

Выключите питание автотрансформатора А3.

Замкните вторичную обмотку трансформатора накоротко (Rн=0), вставив замыкающий гибкий проводник в гнезда блока активной нагрузки А2.

Подключите для роста точности измерения напряжения недлинного замыкания Uк Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР мультиметр в режиме вольтметра Р5 параллельно вольтметру V1 измерителя P3.

Включите питание автотрансформатора А3.

Вращая осторожно регулировочную ручку автотрансформатора А2 и повышайте напряжение U1, так чтоб ток в первичной обмотке испытуемого трансформатора, достигнул номинального значения I1ном. Внесите показания (6-7 значений) вольтметра V1 блока измерителей Р3, амперметра Р Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР1 и ваттметра измерителя мощностей Р4 в таблицу 5.3.

Установите ток в первичной обмотке испытуемого трансформатора I1к, равным номинальному (0,35 А). Определите величину напряжения недлинного замыкания Uк испытуемого трансформатора. Вычислите относительное значение напряжения недлинного замыкания трансформатора uк= 100(Uк/230).

Таблица 5.3

Uk, А
I1k, А
P1, Вт

По окончании опыта отключите источник G1.

По Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР результатам измерений вычислить: коэффициент трансформации k, характеристики облегченной Г-образной схемы замещения z0, R0, x0, zк, Rк, xк. Найти P1, cosj1, h при номинальной нагрузке b =1, U1=U1н.

Вычислить относительную величину тока I10, мощности P0 холостого хода, напряжения недлинного замыкания Uк и мощности недлинного замыкания Рк в Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР процентах от номинальных значений.

III. Содержание отчета

1. Электронная схема соединений трансформатора.

2. Таблицы с плодами измерений и расчетов.

3. Расчетные формулы с короткими пояснениями.

4. Характеристики трансформатора.

5. Графики черт

- холостого хода I10, P0, cosj10 от напряжения U1 при Rн=∞ (табл.5.1);

- наружной U2=f(I2) при U1=U1н=const; cosj2=const (табл.5.2);

- недлинного Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР замыкания I1к=(Uк) при Rн=0 (табл.5.3).

6. Облегченная Г-образная схема замещения трансформатора с ее параметрами.

7. Относительные величины напряжения недлинного замыкания uk и мощности Рк.


РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов B.C. Электронные машины и микромашины. М.: Высш. шк., 1990.

2. Кацман М.М. Электронные машины. М.: Высш. шк Работа 5. ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР., 2000.

3. Вольдек А.И. Электронные машины. М.: Энергия, 1966.

4. Сенигов П.Н., Галишников Ю.П. Управление по выполнению базисных тестов «Электрические машины». Челябинск, изд. ЮгУрГУ, 2001.


rabochej-programmi-kod-kod-fakulteta-ili-inogo-poryadkovij-nomer-goda-utverzhdeniya-strukturnogo-podrazdeleniya-ili-shifr.html
rabochej-programmi-uchebnoj-disciplini-rabochaya-programma-uchebnoj-disciplini.html
rabochej-uchebnoj-programmi-disciplini-b-03-prakticheskij-kurs-vtorogo-inostrannogo-yazika-nemeckogo-cel-izucheniya-disciplini.html