Исследование однофазного трансформатора

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова»

Институт «Современные технологии машиностроения, автомобилестроения и металлургии»

Кафедра «Электротехника»

ОТЧЁТ

по лабораторной работе: «Исследование однофазного трансформатора»

по дисциплине «Электротехника и электроника»

Ижевск - 2014

Цель работы

1. Изучить устройство, принцип работы трансформатора.

2. Определить коэффициент трансформации и напряжение короткого замыкания трансформатора.

3. Построить внешние характеристики трансформатора при различных нагрузках (активной, активно-индуктивной, ёмкостной).

4. Определить параметры схемы замещения трансформатора.

Ход работы трансформатор нагрузка напряжение замыкание

1. Технические характеристики приборов (данные представлены в таблице 1):

Таблица 1. Технические характеристики приборов

2. Исследуемая схема трансформатора представлена на рисунке 1:

Рис 1. Исследуемая схема однофазного трансформатора

3. Исследование трансформатора в режиме холостого хода и нагруженных состояниях (данные представлены в таблице 1):

Таблица 2. Исследование трансформатора при различных режимах нагрузки

Таким образом, при возрастании нагрузки напряжение на первичной обмотке трансформатора не меняется, а ток возрастает.

4. Расчёт параметров Г-образной схемы замещения трансформатора (данные представлены в таблице 3, схема замещения на рисунке 2):

Рис 2. Г-образная схема замещения трансформатора

Таблица 3. Параметры Г-образной схемы замещения трансформатора

Таким образом, значение (активное сопротивление намагничивающего контура схемы замещения) больше (активное сопротивление вторичной обмотки), значение (реактивное сопротивление взаимоиндукции первичной и вторичной обмоток) больше (реактивное сопротивление вторичной обмотки).

5. Графики:

Рис 3. Графики при активной нагрузке

Таким образом, из графиков, представленных на рисунке 2 видно, что при возрастании тока на вторичной обмотке, ток на первичной обмотке и коэффициент мощности трансформатора тоже возрастают.

Таким образом, из графиков, представленных на рисунке 3 видно, что при возрастании тока на активной нагрузке, напряжение на ней уменьшается, при возрастании тока на активно-реактивной нагрузке напряжение на ней уменьшается, при возрастании тока на ёмкостной нагрузке напряжение на ней увеличивается.

Рис 4. Графики зависимости при различных нагрузках

Вычисления

Формулы для вычисления:

1) Коэффициент мощности трансформатора:

2) Коэффициенты мощности приёмников:

· -

при активно-индуктивной нагрузке.

· - при ёмкостной нагрузке, так как угол между и равен 90 градусов.

· - при активной нагрузке, так как угол между и равен 0 градусов.

3) Мощность приёмника:

.

4) Коэффициент полезного действия трансформатора:

.

5) Коэффициент нагрузки:

.

6) Процентное изменение вторичного напряжения

.

7) Активное сопротивление в режиме холостого хода соответствует активному сопротивлению намагничивающего контура схемы замещения:

.

8) Комплексное сопротивление в режиме холостого хода соответствует комплексному сопротивлению намагничивающего контура схемы замещения:

.

9) Реактивное сопротивление в режиме холостого хода соответствует реактивному сопротивлению взаимоиндукции первичной и вторичной обмоток трансформатора:

10) Активное сопротивление в режиме короткого замыкания соответствует активному сопротивлению вторичной обмотки:

.

11) Комплексное сопротивление в режиме короткого замыкания соответствует комплексному сопротивлению вторичной обмотки:

12) Реактивное сопротивление в режиме короткого замыкания соответствует реактивному сопротивлению вторичной обмотки:

.

13) Коэффициент трансформации:

Рассчитываем коэффициент трансформации:

Рассчитываем параметры трансформатора при различных видах нагрузки:

1) При холостом ходе:

2) При активной нагрузке:

·

·

·

3) При активно-индуктивной нагрузке:

·

·

·

4) При ёмкостной нагрузке:

·

·

·

Данные вычислений занесены в таблицу 2.

Расчёт параметров Т-образной схемы замещения трансформатора:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

Данные вычислений занесены в таблицу 3.

Вывод

1. В ходе лабораторной работы изучили устройство и принцип работы однофазного трансформатора. Меняя нагрузку трансформатора, установили зависимость тока и напряжений на первичной обмотке от токов и напряжений на вторичной обмотке.

2. Определили коэффициент трансформации и напряжение короткого замыкания трансформатора.

3. Построили внешние характеристики трансформатора при различных нагрузках (активной, активно-индуктивной, ёмкостной).

4. Определили параметры схемы замещения трансформатора.

Теоретическая часть

1. Трансформатор - это статический аппарат, в котором электромагнитным путем производится преобразование энергии переменного тока по напряжению. Основные части силового трансформатора промышленной частоты - это стальной замкнутый сердечник и обмотки, находящиеся на стержнях сердечника: первичная, в которую направляется энергия, и вторичная, с которой энергия поступает в нагрузку. В результате изменения напряжения в трансформаторах осуществляется возможность передачи энергии на большие расстояния с относительно малыми потерями и получение необходимых напряжений для любого электротехнического оборудования. ЭДС обмоток трансформатора зависит от числа витков на обмотке:

(1)

(2),

где и - количество витков на первой и второй обмотках.

2. Трансформатор, называется повышающим, если он повышает напряжение, а понижающим, если он понижает напряжение.

3. Степень преобразования напряжения трансформатором характеризуется коэффициентом трансформации, который выражает отношение электродвижущих сил обмоток высокого напряжения к ЭДС обмоток низшего напряжения, т. е. отношение напряжений при холостом ходе.

4. Номинальные параметры трансформатора: номинальный ток, номинальное напряжение, номинальная мощность, активное сопротивление дросселя.

5. Номинальный ток обмоток трансформатора определяется по следующей формуле:

(3)

6. Внешней характеристикой трансформатора называют зависимость напряжения на вторичной обмотке от тока на вторичной обмотке, а также зависимость напряжения на вторичной обмотке от коэффициента нагрузки.

7. Процентное изменение вторичного напряжения трансформатора определяется по следующей формуле:

(4),

где - напряжение на вторичной обмотке при холостом ходе, - напряжение на вторичной обмотке.

8. В трансформаторе наблюдаются следующие потери мощности:

· потери в меди обуславливаются наличием в проводах обмоток трансформатора электрического сопротивления. Ток, протекающий в обмотке, создаёт на таком проводнике падение напряжения. На обмотке развивается некоторая электрическая мощность, и часть энергии преобразуется в тепло, нагревающее обмотку.

· потери в стали (потери из-за вихревых токов, потери на цилиндрическое перемагничивание).

Потери энергии в трансформаторе характеризуются коэффициентом полезного действия:

(5),

где - мощность на вторичной обмотке, - мощность на первичной обмотке.

9. Магнитопровод трансформатора изготавливают из специальной электротехнической стали для того, чтобы уменьшить потери от вихревых токов. Во многих случаях токи Фуко могут быть нежелательными. Для борьбы с ними принимаются специальные меры: с целью предотвращения потерь энергии на нагревание сердечников трансформаторов, эти сердечники набирают из тонких пластин, разделённых изолирующими прослойками. Появление ферритов сделало возможным изготовление этих проводников сплошными.

10. Схемы замещения трансформатора: Т-образная схема, Г-образная схема. Отличие трансформатора от автотрансформатора заключается в том, что автотрансформатор представляет собой однообмоточный трансформатор с регулируемым отводом, который, скользя по обмотке, включает больше или меньше витков в нагрузку, тем самым можно изменять напряжение на выходе.

Размещено на Allbest.ru