Лабораторная работа №4
Цель работы: ознакомиться с устройством, принципом действия, характеристиками и методами исследования трансформатора.
Краткие теоретические сведения:
Трансформатор представляет собой статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования посредством магнитного поля электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения с условием сохранения частоты.
Трансформаторы получили широкое распространение при передаче электрической энергии на большие расстояния и для распределения энергии между ее потребителями. Трансформаторы, используемые в системе электроснабжения для обеспечения электроэнергией основных потребителей, называются силовыми.
Трансформатор состоит из замкнутого ферромагнитного сердечника – магнитопровода 1 (рис.5.1), на котором размещены две обмотки: первичная 1, к которой подводят напряжение U1 от источника питания, и вторичная 2, к которой подключают потребителей на напряжение U2. Начала обмотки обычно обозначают А и а, концы Х и х.
Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Под действием переменного напряжения U1 по виткам первичной обмотки протекает переменный ток I1, создающий переменную намагничивающую силу F1 = I1w1, которая, в свою очередь, создает переменный основной магнитный поток Ф, замыкающий по стальному магнитопроводу. Замыкаясь, магнитный поток Ф оказывается сцепленным как с первичной, так и с вторичной обмотками и наводит в обеих обмотках электродвижущие силы.
Таким образом, при подключении первичной обмотки трансформатора к источнику переменного тока на зажимах вторичной обмотки индуцируется переменная ЭДС Е2, вторичная обмотка становится источником питания и к ней можно присоединить какой-либо электроприемник.
Рис. 1. Графические обозначения трансформатора
Опыт холостого хода трансформатора – это такой режим работы трансформатора, при котором к первой обмотке подведено номинальное напряжение U1н, а вторичная обмотка разомкнута.
Работа трансформатора под нагрузкой – оценивают коэффициентом нагрузки в и определяют как отношение токов
Важнейшей характеристикой трансформатора является его внешняя характеристика. Это зависимость U2 = f(в) при U1=U1н=const, f1=const. Внешние характеристики трансформатора зависят от характера нагрузки.
Опыт короткого замыкания. Для проведения опыта вторичную обмотку замыкают накоротко при первичном напряжении, пониженным регулятором напряжения до такой величины, при которой токи в обмотках будут равны номинальным, т. е. паспортным: I1=I1н; I2=I2н.
Напряжение U1k, при котором проводится опыт короткого замыкания, называется абсолютным напряжением короткого замыкания.
Практическая часть:
Опыт холостого хода:
1. Собрать схему согласно рис. 2.1. Для измерения в первичной обмотке используется комплект К540 с пределами измерения тока – 1 [А], напряжения – 300 [В], мощности – 300 [Вт]. Для измерения напряжения вторичной обмотки применяют вольтметр панели 3 с приделом измерения – 150 [В] или цифровой вольтметр.
2. Перед включением стенда под напряжение, убедится что ручка автотрансформатора находится в крайнем левом положении.
3. Включить стенд под напряжение для чего нажать кнопки «ВКЛ. – сеть» и «ВКЛ. – автотрансформатор».
4. При помощи ручки автотрансформатора плавно повышать напряжение от 0 до 220 [В]. Показания приборов занести в таблицу 2.1.
5. После проведения опыта отключить напряжение при помощи кнопки «ВЫКЛ – сеть», а ручку автотрансформатора перевести в крайнее левое положение.
Опыт короткого замыкания:
1. Собрать электрическую цепь согласно рис.2.2. Для измерений в первичной обмотке трансформатора используют измерительный комплект К540 с пределами измерения тока – 1 [А], напряжения – 30 [В], мощности – 30 [Вт].
2. Перед включением стенда под напряжение, убедится что ручка автотрансформатора находится в крайнем левом положении.
3. Включить стенд под напряжение для чего нажать кнопки «ВКЛ. – сеть» и «ВКЛ. – автотрансформатор».
4. При помощи ручки автотрансформатора плавно повышать входное напряжение, пока ток в первичной обмотки не достигнет номинального значения – 0,7 [А]. показания приборов записать в табл. 2.2.
5. После проведения опыта отключить напряжение при помощи кнопки «ВЫКЛ. – сеть», а ручку автотрансформатора перевести в крайнее левое положение.
Рабочий режим:
1. Собрать электрическую схему согласно рис.2.3.
2. В качестве нагрузки трансформатора используют 3 резистора. Один нерегулируемый - 
, два регулируемых - 
, соединённых последовательно и расположенных на панели 2.
3. Для измерений в первичной обмотки применяют измерительный комплект К540 с пределами измерений тока – 1 [А], напряжения – 300 [В], мощности – 300 [Вт]. Для измерения тока и напряжения во вторичной обмотки используют амперметр с пределами измерений - 1 [А], вольтметр – 150 [В], расположенные на панели 3 или цифровой вольтметр.
4. Перед включением стенда убедитесь, что ручка регулятора автотрансформатора и ручки движков переменных резисторов 
и 
находится в крайнем левом положении.
5. Включить сеть для чего нажать кнопки «ВКЛ. – сеть» и «ВКЛ. - автотрансформатор».
6. При помощи ручки автотрансформатора плавно повысить напряжение до 220[В].
7. Постепенно вращая ручки переменных резисторов и провести 6 опытов, доведя ток до 1 [А]. Примечание: первое измерение делают при 
, для чего отключают любой из резисторов и , либо берут данные из опыта холостого хода.
8. После проведения опыта отключить напряжение при помощи кнопки «ВЫКЛ. – сеть», а ручку автотрансформатора перевести в крайнее левое положение.
9. Показать данные преподавателю, потом разобрать цепь.
Обработка экспериментальных данных:
1. По результатам опытов рассчитать все величины, указанные в таблицах результатов измерений.
Необходимые расчетные формулы:
а) для опыта холостого хода:
б) для опыта короткого замыкания:
в) для рабочего режима:
2. Составить приведённую схему замещения трансформатора.
3. построить график зависимости 
.
Опыт холостого хода:
Рис.2.1. Электрическая схема опыта холостого хода
Таблица 2.1.
Опыт короткого замыкания:
Рис. 2.2. Электрическая схема опыта короткого замыкания
Таблица 2.2.
Опыт рабочего режима:
Таблица 2.3
Ответить на контрольные вопросы:
1. Объясните принцип работы трансформатора.
2. Опишите устройство трансформатора.
3. Для чего нужны трансформаторы?
4. Какую форму имеют магнитопроводы однофазных трансформаторов?
5. Какие параметры трансформатора называются первичными и какие – вторичными?
6. Что называется коэффициентом трансформации трансформатора и как его определить?
7. Из каких составляющих складывается мощность потерь в трансформаторе?
8. При какой нагрузке трансформатор имеет наибольший КПД?
Вывод: ознакомились с устройством и принципом действия однофазного трансформатора. Опытным путем исследовали работу трансформатора на холостом ходу, при коротком замыкании и под нагрузкой. Построили рабочие характеристики.