Порядок виконання роботи. 1. Визначення коефіцієнта трансформації

1. Визначення коефіцієнта трансформації

В якості однофазного трансформатора будемо використовувати середню фазу трифазного трансформатора (В-У – первинна обмотка, в-у – вторинна обмотка).

Підключить обмотку В-У до ЛАТРа. Виводи в-у та виводи додаткової обмотки підключіть, відповідно, до вольтметрів 150 та 50 В.

За допомогою ЛАТРа встановіть максимальну напругу. Показання запишіть у табл. 12.1.

Таблиця 12.1.

Визначення коефіцієнта трансформації

Кількість витків додаткової обмотки w_д = 30. Користуючись пропорціями U₁/U_д = w₁/w_д та U₂/U_д = w₂/w_д, визначте кількість витків і коефіцієнт трансформації.

2. Визначення номінальних напруг і струмів трансформатора.

Розрахуйте значення ЕРС, яка індуктується в одному витку:

Е_вит = 4,44· f· В_mах ·S_ст, (12.1)

тут В_mах - амплітуда магнітної індукції в сталі – 1,4 – 1,6 Тл; S_ст - площа перерізу стержня магнітопроводу , м², f - частота змінного струму 50 Гц.

Розрахуйте первинну та вторинну напруги обмоток трансформатора:

U₁ = Е_вит · w₁; U₂ = Е_вит · w₂. (12.2)

Отримані дані округліть до ближчих менших стандартних напруг: 36, 127, 220, 380, 660 В та запишіть їх в табл. 12.4.

Розрахуйте допустимі по нагріву струми обмоток трансформатора:

І₁ = J_доп ·g₁ = J_доп · , І₂ = J_доп ·g₂ = J_доп · , (12.3)

де J_доп – допустима густина струму по нагріванню (для мідного проводу приймаємо J_доп = 2 А/мм²); g₁, g₂ - площі поперечного перерізу проводів обмоток (d₁ = 1,57 мм², d₂ = 2,1 мм² – діаметри проводів).

Розрахуйте повну номінальну потужність трансформатора:

S₁ = U_{1 ном} · І₁, S₂ = U_{2 ном} · І₂. (12.4)

Так як S₁ ≈ S₂, то в якості S _ном приймаємо менше значення S, яку записуємо до табл. 12.4.

Уточніть номінальні струми трансформатора, користуючись значенням S _ном. Запишіть їх у паспорт трансформатора (табл. 12.4).

І_{1 ном} = S _ном/ U_{1 ном}, І_{2 ном} = S _ном/ U_{2 ном}. (12.5)

3. Дослід холостого ходу.

Рис.12.1. Схема досліду трансформатора

До схеми 12.1 входить вимірювальний трансформатор струму И-54. Його коефіцієнт трансформації к_тт = І_1ном/І_2ном (тут І_1ном, І_2ном – це номінальні струми трансформатора струму И-54). Значення первинного струму виставляється за допомогою штекера, який вставляється в потрібне гніздо: 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 50 А. Струм вторинної обмотки трансформатора струму – величина незмінна, І_2ном = 5 А.Щоб отримати реальні значення струму та потужності треба показання вимірювальних приборів помножити на к_тт.

І[А] = І[под] · к_тт. Слід пам’ятати, що ватметр ще має власну ціну поділки С_w, тому Р[Вт] = Р [под.] · С _w· к_тт.

Зберіть електричну схему, яка приведена на рис. 12.1. До вторинної обмотки підключить вольтметр 150 В. За допомогою ЛАТРа на первинній обмотці трансформатора встановіть величину напруги U_{1 ном}. Вимірте

напругу на вторинній обмотці U_{20 ном}, струм І_{0 ном} та потужність Р_{0 ном}. Дані дослідження запишіть у табл. 12.2.

Таблиця 12.2

Основні параметри трансформатора в режимі холостого ходу

Розрахуйте параметри трансформатора при холостому ході.

Відносне значення струму холостого ходу:

і_0ном,% = (І_{0 ном} /І_{1 ном})·100%, (12.6)

коефіцієнт трансформації

к = , (12.7)

параметри ділянки намагнічування:

Z₀ = U_{1 ном} / І_{0 ном}, (12.8)

R₀ = Р_{0 ном} / І_{0 ном} ², (12.9)

, (12.10)

коефіцієнт потужності

. (12.11)

Отримані значення запишіть до табл. 12.2.

4. Дослід короткого замикання

До вторинної обмотки трансформатора замість вольтметра підключіть амперметр10 А. На трансформаторі струму виставте к_тт = 2. Спочатку рукоятку ЛАТРа встановіть в нульове положення. Далі, повільно повертаючи ручку ЛАТРа, встановіть у вторинній обмотці трансформатора значення струму І_{2 ном}. Вимірте значення струму І_{1 ном} , напруги U_{к ном} та потужності

Р_{к ном}. Дані дослідження запишіть у табл. 12.3.

Таблиця 12.3

Основні параметри трансформатора в режимі короткого замикання

Розрахуйте параметри трансформатора при короткому замиканні.

Коефіцієнт потужності

, (12.12)

відносне значення напруги короткого замикання

u_{к ном} = (U_{к ном} / U_{1 ном})·100%, (12.13)

активна складова напруги короткого замикання

u_ка = u_{к ном} · сosφ_к, (12.14)

реактивна складова напруги короткого замикання

u_кр =u_{к ном}· sinφ_к, (12.15)

опори короткого замикання:

Z_к = U_{к ном} / І_{1 ном}, (12.16)

R_к = Р_{к ном} / І_{1 ном} ²; (12.17)

. (12.18)

приведені опори вторинної обмотки до первинної:

R₁ = R₂´ = R_к/2;

Х₁ = Х₂´ = Х_к/2. (12.19)

Отримані значення запишіть до табл. 12.3.

5. За результатами дослідів та розрахунків заповніть таблицю номінальних даних трансформатора.

Таблиця 12.4

Паспортні дані трансформатора

6. Побудуйте зовнішню характеристику трансформатора U₂ = ƒ(І₂). Зовнішня характеристика трансформатора - це залежність напруги на вторинній обмотці від струму навантаження при умові, що U₁- const, f- const, сosφ₂ - const. Дані про характер навантаження візьміть з табл. 12.5 (номер варіанту задає викладач).

Таблиця 12.5

Характер навантаження для розрахунку зовнішньої характеристики

Зовнішню характеристику будують по двох точках:

перша - І₂ = 0, U_20ном = Е₂;

друга - І₂ = І_2ном, U₂ = Е₂ ± ΔU₂.

Характеристику частіше будують в безрозмірних величинах: (U₂/U_2ном)·100%, та І₂ /І_2ном = β.

Напруга на вторинній обмотці при І₂ = 0 приймається за 100%, тобто, вважається номінальною. Зміну напруги розраховують по формулі

ΔU₂ = u_касosφ₂ ± u_кр sinφ₂. (12.20)

Вибір знаку « ± » залежить від характеру навантаження: для R - L знак «+», для R - C – знак «-».

7. Побудуйте характеристику ККД трансформатора η =ƒ(β).

Значення ККД визначте по формулі

η = . (12.21)

Задайтесь рядом значень β ( табл. 12.6), розрахуйте η та побудуйте залежність η =ƒ(β).

Таблиця 12.6

Розрахунок КПД

8. Визначте оптимальний коефіцієнт навантаження, при якому ККД має максимальне значення:

. (12.22)