1. Цель работы
Ознакомиться с устройством, принципом действия и назначением трансформатора; освоить практические методы проведения опытов холостого хода (ХХ), короткого замыкания (КЗ) и под нагрузкой, а также использования опытных данных для получения параметров трансформатора и основных характеристик.
2. Программа работы
2.1. Ознакомиться с устройством испытуемого трансформатора и записать его паспортные данные.
2.2. Определить коэффициент трансформации.
2.3. Провести опыт ХХ и построить характеристики Ix , Px , cosjx = f(U1x) при I2 = 0.
2.4. Провести опыт КЗ и построить характеристики Iк , Pк , cosjк = f(U1к) при U2 = 0.
2.5. Провести опыт под нагрузкой и построить внешнюю характеристику U2 = f(I2) при cosj2 = 1,0.
2.6. На основании данных опытов ХХ и КЗ определить параметры Т-образной схемы замещения трансформатора. Вычертить ее для режима нагрузки.
2.7. Определить напряжение короткого замыкания и его активную и реактивную составляющие.
2.8. Рассчитать и построить внешние характеристики трансформатора при активной нагрузке (cosj2 = 1,0), активно–индуктивной (cosj2=0,8; cosj2 =+0,6) и активно–емкостной (cosj2 = 0,8; cosj2 = –0,6). Сравнить расчетную характеристику при cosj2 = 1,0 с опытной.
2.9. Рассчитать и построить зависимость КПД трансформатора от коэффициента загрузки h = f(b) для cosj2 = 1,0 и cosj2 = 0,8. Определить нагрузку, соответствующую максимальному значению КПД.
3. Основы теории
Трансформатор это статический преобразователь электрической энергии, который передает электрическую энергию без изменения частоты.
При помощи трансформатора повышается или понижается напряжение. В зависимости от назначения трансформаторы подразделяются на силовые – электроэнергетического назначения и специальные – преобразовательные, измерительные, сварочные и т.п.
Ниже приводятся теоретические сведения и описываются лабораторные испытания силовых трансформаторов.
3.1. Устройство и принцип действия трансформатора
Электромагнитная система однофазного двухобмоточного трансформатора состоит из двух обмоток первичной и вторичной, размещенных на замкнутом магнитопроводе, который выполнен из ферромагнитного материала. Магнитопровод необходим для усиления электромагнитной связи между обмотками. Он состоит из стержней, на которых расположены обмотки, и ярм, торцевых и, в общем случае, боковых. Торцевое ярмо соединяет концы двух или более разных стержней. Боковое ярмо соединяет концы одного и того же стержня. Первичную обмотку подключают к источнику переменного напряжения U1, а ко вторичной обмотке присоединяют нагрузку с сопротивлением Zнг (рис.1.1).
Принцип действия трансформатора основан на законе электромагнитной
индукции (закон Фарадея – Максвелла). При подключении трансформатора к
сети, в его первичной обмотке возникает переменный ток i1, создающий основной магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф индуктирует в обеих обмотках переменные ЭДС e1 и e2, пропорциональные числам
витков W1 и W2 соответствующих обмоток и скорости изменения потока dФ/dt.
Таким образом, мгновенные значения ЭДС будут равны: e1 = –W1dФ/dt;
e2 = –W2dФ/dt, а их отношение составит:
e1 / e2 = E1 / E2 = W1 / W2.
Учитывая, что действующие значения этих ЭДС примерно равны соответствующим напряжениям, то есть E1 ~ U1, а E2 ~ U2, имеем U1/U2 ~ W1/W2. Подбирая числа витков обмоток, при заданном напряжении U1 можно получить желаемое напряжение U2. Если W2 > W1 – трансформатор будет повышающим, то есть напряжение U2 > U1. Трансформатор будет понижающим, если W2 < W1. У трансформатора одна из обмоток является обмоткой высшего напряжения (ВН), а другая – обмоткой низшего напряжения (НН).
По числу обмоток трансформаторы бывают двухобмоточные и трехобмоточные, а по числу фаз – однофазные и трехфазные. В двухобмоточном коэффициент трансформации равен отношению высшего напряжения к низшему на зажимах обмоток в режиме холостого хода (или отношению чисел витков этих обмоток находящихся на одном стержне), то есть k = Uвн/Uнн = Wвн/Wнн. Величина коэффициента трансформации всегда больше единицы.
В зависимости от конфигурации магнитопровода, трансформаторы подразделяются на стержневые, броневые и др. В трансформаторах стержневого типа торцевые ярма соединяют разные стержни и нет боковых ярм (рис.1.1). В трансформаторах броневого типа оба конца каждого стержня соединяются не менее чем двумя боковыми ярмами. В трехфазных силовых трансформаторах магнитопровод выполняется в большинстве случаев трехстержневым. Возможно применение и трехфазного группового трансформатора, состоящего из трех однофазных, обмотки которых соединены между собой, а магнитный поток каждой фазы локализуется в отдельном магнитопроводе
3.2. Работа трансформатора под нагрузкой
При анализе работы трансформатора под нагрузкой имеется в виду или однофазный трансформатор или трехфазный трансформатор с симметричной нагрузкой, когда достаточно рассматривать одну фазу трансформатора. Считаем, что первичное напряжение U1 = const и частота f1 = const.
3.2.1. Т-образная и упрошенная схемы замещения приведенного трансформатора
Трансформатор, у которого обмотки имеют только магнитную связь, может быть представлен эквивалентной электрической схемой, называемой Т-образной схемой замещения трансформатора (рис.1.2а).
В ней сопротивления R1 и X1 определяют первичную обмотку, а R2‘ и X2‘ –
вторичную. Индуктивные сопротивления X1 и X2‘ обусловлены магнитными
потоками рассеяния обмоток. Схемы замещения обмоток объединены в точках
1 и 2 так называемым намагничивающим контуром с сопротивлениями Rm и
Xm. Индуктивное сопротивление Xm обусловлено основным магнитным потоком взаимодействия обмоток, а сопротивление Rm является фиктивным и его
величина определяется потерями мощности в стали магнитопровода. Сопротивления вторичной обмотки R2‘ =k2R2, X2‘ =k2X2
и нагрузки Z‘нг=k2Zнг являются приведенными к числу витков первичной обмотки. Аналогично приведенными называются значения ЭДС и тока вторичной обмотки: E2‘ = kE2= E1,
I2‘=I2/k, где k = W1/W2 - коэффициент трансформации. Такое приведение обеспечивает эквивалентную замену магнитно связанных цепей электрически связанными цепями и делает более удобным изображение векторных диаграмм.
Таким образом, полная мощность приведенного контура вторичной обмотки в
схеме замещения, равна мощности вторичной обмотки реального трансформатора:
E2‘I2‘ = E2k (I2/k)= E2 I2 .
На рис.1.2б показана упрощенная схема замещения трансформатора; сделано допущение, что сопротивление намагничивающего контура Rm = равно бесконечности, а ток холостого хода равен нулю, Ix = 0. Такое допушение вполне справедливо, так как Zm >> Z1 и Z2‘, а ток холостого хода составляет несколько процентов от номинального первичного тока. Согласно схеме замещения рис.1.2б трансформатор эквивалентен сопротивлению Zк = (Rк2 + Xк2)1/2.
Применение схем замещения трансформаторов позволяет упростить расчеты и анализ их работы. Параметры схемы замещения определяются из опытов
холостого хода и короткого замыкания трансформатора.
Вернуться назад
Возврат на начальную страницу