Лабораторна робота №7
«Вивчення роботи та будови трансформатора»
Метою цієї роботи є ознайомлення з будовою однофазного трансформатора та дослідження його шляхом проведення дослідів холостого ходу та короткого замикання, ознайомлення зі способом безпосереднього навантаження і оцінка за дослідними даними властивостей трансформатора.
Загальні відомості. Трансформатор – це статичний електромагнітний апарат, в якому змінний струм однієї напруги перетворюється на змінний струм другої напруги. На рис. 1 зображена схема двообмоточного трансформатора. До первинної обмотки з кількістю витків W1 електрична енергія підводиться, а з вторинної з кількістю витків W2 знімається на споживач Zн.
Дія трансформатора базується на явищі електромагнітної індукції. При підключенні первинної обмотки до джерела змінного струму у витках цієї обмотки тече змінний струм, котрий створює у магнітопроводі змінний магнітний потік Ф. Замикаючись у магнітопроводі, цей потік пронизує обидві обмотки та індукує в них ЕРС 
та 
.
Діючі значення цих ЕРС визначають величину коефіцієнту трансформації 
. Якщо вторинна обмотка трансформатора підключена до споживача, то в замкненому колі виникає струм і2, а на споживачі – напруга U2. Важливим показником трансформатора є активна потужність Р2, що він віддає. Її споживачем є опір навантаження, а Рн = Р2. Величина активної потужності, яка споживається в навантаженні, дорівнює Р1 без урахування невеликих втрат у сталі (Рст) та в його обмотках (Рміді).
|
|
При роботі трансформатора зі змінним навантаженням величина напруги U2 може суттєво змінюватись. Величину цієї напруги та інші важливі характеристики трансформатора можна визначити, використовуючи його еквівалентну схему заміщення (рис. 2).
У багатьох практичних розрахунках, які не потребують великої точності, застосовують спрощену схему заміщення (рис. 3); якщо прийняти І0 = 0. Опори r1, r2
, x1, x2
тут замінюють сумарними опорами rk = r1 + r2
, xk = x1 + x2
. Параметри r2, x2, Zн,U2/ називаються приведеними параметрами вторинної обмотки. Дійсні та приведені параметри вторинної обмотки трансформатора мають взаємний зв’язок: r2 = k2 r2; x2= k2 x2; Zн= k2 Zн; U2/ = kU2.
Виконання роботи.
1.Провести дослід холостого ходу. Холостим ходом називають режим роботи трансформатора при незамкненій вторинній обмотці. При такій роботі струми в обмотках трансформатора невеликі, тому активними втратами в міді можна знехтувати та вважати, що вся потужність холостого ходу втрачається на магнітні втрати в сталі магнітопроводу. Для випадку холостого ходу спрощується і схема заміщення (рис. 2). Можна враховувати у ній тільки намагнічуючу вітку з параметрами x0, r0. Дослід холостого ходу дозволяє визначити: коефіцієнт трансформації 
, струм холостого ходу 
та параметри вітки намагнічування: : 
; 
; 
. Тут 
.
|
|
Зібрати схему №1 досліду холостого ходу.
На схемі: ЛАТР – автотрансформатор з напругою, що регулюється;
V1 – вольтметр з границями (0 – 300) В; V2 – вольтметр з границями (0 – 50) В;
А – амперметр з границями (0 – 1) А; W2 – ватметр з границями (0 – 150) Вт;
Тр – трансформатор, що досліджують, його номінальні дані наступні: 
; SН = 50 ВА; Р1Н = 49 Вт; I1Н = 0,23 А; I2Н = 1,825 А; cos 
Н = 0,98.
Після перевірки викладачем подати на трансформатор номінальну напругу U1Н=220 В. Результати вимірювань занести в таблицю №1.
Таблиця №1
|
Відомо |
Виміряти |
Обчислити |
||||||||
|
SН (ВА) |
U10 (B) |
U20 (B) |
P0=Pcт (Вт) |
I10 (A) |
k |
Z0 (Ом) |
X0 (Ом) |
r 0 (Ом) |
Cos |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.Провести дослід короткого замикання. Для проведення досліду вторинну обмотку трансформатора потрібно закоротити, а до первинної підвести зменшену напругу. Повільно підвищувати її від 0 до деякого значення U1К, при якому струми короткого замикання у обмотках трансформатора будуть дорівнювати номінальним струмам: I1K =I1H, I2K = I2H. Ця напруга, як правило, складає (5 – 10) % від номінального значення (220 В). Магнітний потік та зв’язані з ним втрати у сталі теж малі. Тому вважають, що активні втрати у досліді короткого замикання – це лише втрати у міді обмоток трансформатора (РК = РМ). З досліду короткого замикання можна визначити також параметри обмоток трансформатора: ZK, xK, rK. На схемі заміщення трансформатора (рис. 2) при цьому можна не враховувати намагнічуючу вітку I0 << I1 » I2 /. Для проведення досліду використовується та сама схема. Прилад V2 відключають, а виводи вторинної обмотки замикають провідником.
Результати вимірювань занести в таблицю №2
Таблиця 2.
|
Виміряти |
Обчислити |
||||||
|
U1K (B) |
I1K (A) |
PK (Вт) |
ZK (Ом) |
rK (Ом) |
xK (Ом) |
cos |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Розрахункову частину таблиці виконати за формулами: 
; 
; 
; 
.
3. Зняти зовнішню характеристику трансформатора.
Зовнішня характеристика трансформатора – це залежність напруги на споживачеві від величини струму навантаження 
при U1 = U1H = const . До вторинної обмотки трансформатора підключити реостат. Зменшуючи величину опору, записати в таблицю №3 значення І2 та U2, зокрема U2 при струмі I2 = I2H (паспортне значення).
Таблиця 3.
|
I2(A) |
0 |
0,5 |
1 |
1,5 |
2 |
2,5 |
3 |
3,5 |
4 |
4,5 |
5 |
|
U2(B) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
За отриманими даними побудувати зовнішню характеристику трансформатора. Відмітити на ній І2H, U2H, визначити DU2H = U2O – U2H .
4. Розрахувати ККД трансформатора 
, де DP = Рст + Рм