Исследование однофазного трансформатора

Лабораторная установка (рис.7.1) содержит испытуемый однофазный трансформатор малой мощности типа ТН36-50Гц (Тр), лабораторный авто-трансформатор (ЛАТр), предназначенный для регулирования напряжения на первичной обмотке испытуемого трансформатора и комплект измерительных приборов.

Паспортные данные испытуемого трансформатора приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1

Для измерения действующего значения напряжения на первичной обмотке трансформатора, действующего значения тока первичной обмотки и активной мощности, потребляемой трансформатором, служат соответственно вольтметр V₁, амперметр A₁ и ваттметр W. Измерения напряжения на зажи-мах вторичной обмотки и тока в ее цепи производятся соответственно вольт-метром V₂ и амперметром A₂. На лицевой панели стенда установлен пере-ключатель S, позволяющий создавать при коммутации режимы короткого за-мыкания («кз»), холостого хода («хх») и три режима резистивной нагрузки («1», «2», «3»). Зажимы вторичной обмотки трансформатора подключены к гнездам x₃ и x₄. Наблюдение формы тока в первичной обмотке трансформа-тора осуществляется с помощью электронного осциллографа*. Его вход под-ключается к гнездам x₁ и x₂, на которые выведены зажимы низкоомного рези-стора R_д (шунта), включенного последовательно в цепь первичной обмотки испытуемого трансформатора.

Программа работы

1 Исследование режима короткого замыкания трансформатора.

2 Исследование режима холостого хода трансформатора.

3 Исследование режима нагрузки трансформатора.

4 Исследование формы тока в первичной обмотке трансформатора.

Методика выполнения работы

1 Опыт короткого замыкания трансформатора

· Установить предел шкалы вольтметра V₁, соответствующий примерно половине номинального напряжения, и предел шкалы амперметра A₁ – примерно равный номинальному току первичной обмотки трансформатора.

· Установить переключатель S в положение «кз».

· Убедившись, что ручка регулятора лабораторного автотрансформа-тора (ЛАТр) находится в крайнем положении против часовой стрелки, подать напряжение питания на вход ЛАТра и, медленно вращая ручку его регулятора, установить номинальный ток в первичной обмотке. Результаты измерений U_к, I₁ и P_к занести в строку 1 таблицы 7.2.

· Повторить опыт, установив с помощью ЛАТра ток I₁< I_1н. и занести по-казания приборов в строку 2 таблицы 7.2.

· При оформлении отчета рассчитать параметры схемы замещения трансформатора по формулам:

где: Z_к – полное сопротивление короткого замыкания, R_к и X_к – со-ответственно активное и реактивное сопротивления короткого за-мыкания, R₁ – активное сопротивление первичной обмотки транс-форматора, R₂′ – приведенное активное сопротивление вторичной обмотки, X_р1 – индуктивное сопротивление рассеяния первичной обмотки, X_р2′– приведенное индуктивное сопротивление рассеяния вторичной обмотки.

· Рассчитать процентное напряжение короткого замыкания u_к% и фазовый сдвиг j_к между напряжением и током в режиме короткого замыкания по формулам

Результаты расчета поместить в таблицу 7.2.

Таблица 7.2

2 Опыт холостого хода

· Установить предел шкалы вольтметра V₁, соответствующий номинальному напряжению, и предел шкалы амперметра A₁ – примерно равный половине номинального тока первичной обмотки трансформатора.

· Установить переключатель S в положение «хх».

· Подать напряжение питания на обмотку лабораторного автотрансформатора (ЛАТр). Постепенно увеличивая выходное напряжение ЛАТра, установить номинальное напряжение U_1н на первичной обмотке испытуемого трансформатора. Результаты измерений U₁, U₂₀, I₁₀ и P₁₀ занести в строку 1 таблицы 7.3.

· Повторить опыт, установив с помощью ЛАТра напряжение U₁< U_1н. Занести показания приборов в строку 2 таблицы 7.3.

· При оформлении отчета рассчитать параметры схемы замещения трансформатора по формулам:

где: Z₀ – полное сопротивление первичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода, R₁ – активное сопротивление первичной обмотки, R₀ – активное сопротивление контура намагничивания, обусловленное потерями в стали, X₀ – индуктивное сопротивление контура намагничивания, P_м0 – потери в меди первичной обмотки в режиме холостого хода.

· Рассчитать коэффициент трансформации трансформатора K_тр, процентное значение тока холостого хода I₁₀%, фазовый сдвиг между напряжением и током в режиме холостого хода j₀ и угол магнитного запаздывания (угол потерь) d по формулам

Результаты расчетов поместить в таблицу 7.3.

Таблица 7.3

3 Исследование режима нагрузки трансформатора.

· Установить предел шкалы вольтметра V₁, соответствующий номинальному напряжению, а пределы шкал амперметров A₁ и A₂ – примерно 1,25·I_1н и 1,25·I_2н соответственно.

· Установить переключатель S в положение «1».

· Подать напряжение питания на обмотку лабораторного автотрансформатора (ЛАТр). Постепенно увеличивая выходное напряжение ЛАТра, установить номинальное напряжение U_1н на первичной обмотке испытуемого трансформатора.

· Произвести измерения U₁, I₁, P₁, U₂, I₂ и занести результаты в строку 2 таблицы 7.4.

· Повторить измерения в положениях «2» и «3» переключателя S и занести результаты в строки 3 и 4 таблицы 7.4.

· Перенести результаты измерений U₁, U₂₀, I₁₀ и P₁₀ из первой строки таблицы 7.3 в строку 1 таблицы 7.4.

При оформлении отчёта по результатам эксперимента рассчитываются активная мощность в нагрузке трансформатора P₂=U₂·I₂·cosj₂, значение КПД трансформатора η_э=100P₂/P₁ и коэффициент мощности cosj₁=P₁/(U_1н·I₁). Результаты расчётов помещаются в таблицу 7.4. Следует иметь ввиду, что нагрузка трансформатора чисто активная, поэтому фазовый сдвиг между напряжением и током в нагрузке трансформатора j₂ равен нулю ( ).

Падения напряжений на активном сопротивлении и индуктивном сопротивлении рассеяния вторичной обмотки (I₂·R₂ и I₂·X_р2), напряжение на зажимах вторичной обмотки U_2р и значение КПД трансформатора η_р рассчитываются с использованием результатов опыта короткого замыкания (таблица 7.2) и холостого хода (таблица 7.3) по формулам

Таблица 7.4

4 Исследование формы тока и напряжения в обмотках трансформатора.

· Установить переключатель S в положение «хх»

· Подключить вход осциллографа к гнездам x₁-x₂.

· Настроить изображение сигнала и зарисовать кривую тока первичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода.

· Подключить вход осциллографа к гнездам x₃-x₄.

· Настроить изображение сигнала и зарисовать кривую напряжения вторичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода.