Исследование однофазного трансформатора

Тип работы:
Лабораторная работа
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Лабораторная работа № 1

Тема: «Исследование однофазного трансформатора. «

Цель: Научиться определять параметры трансформатора в различных режимах его работы.

Оборудование:

1. Стенд СИПЭМ (трансформатор, сопротивление 1000 Ом на стенде, амперметры и вольтметры).

2. Ваттметры -- 2 шт.

ХОД РАБОТЫ.

1. Построение схем.

В опыте холостого хода нагрузка была отключена.

В опыте короткого замыкания цепь первичной обмотки была включена на выход ЛАТРа, а нагрузка была соединена накоротко.

2. Таблицы измерений.

Для опыта холостого хода:

Измерения

Вычисления

U1ном, В

I0, А

Р10, Вт

U20, В

Z0, Ом

Х0, Ом

R0, Ом

L, Гн

сos ф0

К

i0, %

P0, Вт

220

0. 05

5

180

4400

4299. 9

0. 0005

1. 4

1

0. (81)

100

11

Формулы расчётов:

Z0 = U0/I0 R0 = P0/(I0)2 X0 = Sqrt ((Z0)2 — R0) L = X0/2fп K = U20/U10 cos ф0 = R0/Z0

i0 = (I0/I1ном)*100 P0 = U1ном*I0*Cos ф0

Для опыта короткого замыкания:

№ п/п

Измерения

Вычисления

U1кз, В

I1кз, А

I2кз, А

Р1кз, Вт

Zкз, Ом

Хкз, Ом

Rкз, Ом

uкз, %

сos фкз

Р`кз, Вт

u`кз, %

1

24

0. 38

0. 5

4

63. 15

27. 7

56. 75

10. (90)

0. 43

4. 8

12. 98

Формулы расчётов:

u0 = (Uкз/Uном)*100 cos фкз = P1кз/I1кз*U1кз

Zкз = U1кз/I1кз

Rкз = P1кз/(I1кз)2

Xкз = Sqrt ((Zкз)2 — Rкз)

В следующих двух формулах будет использоваться следующая конструкция:

1 + а (О2 — О1), где a -- температурный коэффициент расширения металла, равный 0. 04, а О2 — О1 -- разность рабочей температуры трансформатора (75ос) и температуры в аудитории (25ос).

Так как все значения известны, то 1 + а (О2 — О1) = 1. 2

Р`кз = 1. 2*Р1кз

u`кз = (Sqrt ((1. 2*U1кз)2 — U1кз*(1 — сos фкз))/U1ном)*100

Характеристики построены не будут, так как был проведён лишь один опыт, соответственно график является точкой.

Для опыта с нагрузкой.

№ п/п

Измерения

Вычисления

U1, В

I1, А

Р1, Вт

U2, В

I2, А

Р2, Вт

Рпотерь, Вт

сos ф2

1

220

0. 17

15

173

0. 17

11

14

0. 37

2

220

0. 22

20

170

0. 24

16

16

0. 39

3

220

0. 3

27

164

0. 35

23

23

0. 4

4

220

0. 36

32

160

0. 42

27

27

0. 4

5

220

0. 41

36

159

0. 5

31

31

0. 39

Формулы расчётов:

cos ф2 = P2/I2*U2 Pпотерь = U2*I2*сos ф2

Таблица значений графика для внешней характеристики:

B

сos ф2 = 1

сos ф2 = 0. 8(инд.)

сos ф2 = 0. 8(ёмк)

dt U, %

U2, В

dt U, %

U2, В

dt U, %

U2, В

0. 34

1. 69

177

3. 34

174

-3. 34

186

0. 48

2. 25

175. 95

4. 71

172. 5

-4. 71

188. 49

0. 7

3. 28

174

6. 88

167

-6. 88

192

0. 84

3. 92

173

8. 25

165

-8. 25

194

1

4. 68

172. 56

9. 83

162. 8

-9. 83

197. 7

Формулы расчётов:

B = 2*I2

U2 = U20*(1 — 0. 01*dt U)

dt U = B*u`кз*(0. 43*сos ф2 — 0. 9*sin ф2)

Таблица параметров для построения зависимости КПД трансформатора от нагрузки:

B

0. 34

0. 48

0. 7

0. 84

1

n

сos ф2 = 1

0. 69

0. 74

0. 78

0. 79

0. 8

сos ф2 = 0. 8

0. 64

0. 7

0. 74

0. 75

0. 76

Формулы расчётов:

n = 1 — (Р0 — B2*Ркз)/(B*Sном*сos ф2 + Р0 + B2*Ркз) B` = Sqrt (Рном/Р1кз) = 1. 2

3. Построения графиков характеристик.

А -- внешняя характеристика.

Б -- характеристика зависимости КПД трансформатора от нагрузки.

трансформатор нагрузка обмотка замыкание

4. Анализ характеристик.

Внешняя характеристика показывает величину колебаний -- как положительных, так и отрицательных, в зависимости от изменения нагрузки во вторичной цепи. Индуктивный характер снижает напряжение, а ёмкостной -- повышает. Активная -- снижает, однако производная графика её не так мала, как у индуктивной.

Из графика зависимости КПД трансформатора от нагрузки следует, что КПД трансформатора повышается с устремлением нагрузки к такому значению, что электрические потери в трансформаторе становятся равными магнитным потерям и достигает максимального значения при их равенстве.

5. Выводы по работе.

Я овладел навыками измерения параметров трансформатора в его трёх режимах, подтвердил теоретические познания практическими, а также построил два графика: внешней характеристики и зависимости КПД от нагрузки.

6. Ответы на вопросы:

А) Устройство и принцип действия трансформатора.

Трансформатор -- это электротехническое устройство, служащее для преобразования переменного тока одной частоты, в таковой другой частоты с такой же частотой.

Он состоит из > =2 обмоток, расположенных на стержнях, соединёнными ярмом -- это есть магнитопровод.

Для описания принципа действия я буду использовать однофазный двухобмоточный трансформатор.

Первичная обмотка, подключённая к источнику напряжения u1, создаёт ток i1, который создаёт в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф0, что пересекает витки первичной и вторичной обмотки, создавая в них е1 и е2. Под действием е2 во вторичной обмотке, замкнутой на нагрузку Z, наводится i2, с таким же направлением, как и у е2.

Б) Что такое коэффициент трансформации и как определить его опытным путём?

Коэффициент трансформации, опытным путём, определяется как частное напряжений второй и первой обмоток.

В) Почему мощность х.х. определяют как магнитные потери, а мощность к.з. -- за электрические?

В режиме короткого замыкания отсутствует основной магнитный поток -- а соответственно магнитные потери ничтожны, следовательно можно определить электрические потери. В режиме холостого хода основной магнитный поток создаётся только МДС первичной обмотки, соответственно можно успешно определить чистые магнитные потери.

Г) Почему при опыте к.з. ток в первичной обмотке достигает номинального значения, хотя напряжение в несколько раз меньше номинального?

Суть режима короткого замыкания такова, что замкнутая накоротко обмотка имеет сопротивление, стремящееся к нулю; соответственно и ток стремится к бесконечности -- исходит из закона Ома. К счастью, технические ограничения конструкции трансформатора устанавливают предел тока короткого замыкания.

Д) Почему при нагрузке B > B` КПД трансформатора уменьшается?

Неравенство электрических и магнитных потерь начинает состояться тогда.

Е) Что определяется по значению напряжения к.з., когда учитывается?

Его процент от номинального напряжения -- данный показатель позволяет судить об исправности трансформатора.

Ё) Зачем полученные значения опыта к.з. приводят к рабочей температуре?

Известно, что в режиме короткого замыкания ток имеет динамическое действие, т. е. трансформатор может взорваться, обмотки вылететь, а люди умереть. Соответственное действие протекает при соответственных электрических параметрах. А при рабочей температуре эти параметры выше. Производится предварительный расчёт, позволяющий предсказать протекание таких процессов при определённых значениях.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой