ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСФОРМАТОРА

Лабораторная работа 18 (LR18)

ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Усвоить практические приёмы лабораторного исследования однофазного трансформатора методом холостого хода (опыт ХХ) и короткого замыкания (опыт КЗ), снять внешние характеристики трансформатора при различных характерах нагрузок.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ И РАСЧЁТНЫЕ ФОРМУЛЫ

НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТРАНСФОРМАТОРА

Трансформатор - это статический электромагнитный аппарат, пред­назначенный для преобразования переменного тока одного на­пряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

Трансформаторы находят широкое применение для передачи и распределения электрической энергии, для различных технологических целей и для питания различных цепей радио-, электронно-вычислительной и телевизионной аппаратуры, устройств связи, автоматики, телемеханики и т. д.

Трансформаторы бывают двух типов: понижающие напряжение, например, до 400 В и ниже и повышающие его до 3¼500 кВ и выше. Различают одно-, трёх- и многофазные, двух-, трёх- и многообмоточные транс­форматоры. Диапазон мощностей силовых масляных трансформаторов общего назначения от 10 кВ×А до 630 МВ×А на напряжения (первичные) 10(6), 35, 110, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ, сухого исполнения – от единиц В×А до 2500 кВ×А на первичные напряжения 380, 500, 660, 10000 В и вторичные – 230 и 400 В. Силовые трансформаторы однофазные, мощностью 4 кВ×А и ниже и трёхфазные - 5 кВ×А и ниже относят к трансформаторам малой мощности. Такие трансформаторы широко применяются в преобразовательной, бытовой технике, радиоэлектронной и электронно-вычисли­тель­ной аппаратуре. Наряду с силовыми в практической электротехнике широко используются измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Рис. 18.1. Электромагнитная схема трансформатора:

А-Х и а-х - начало и конец соответственно первичной и вторичной обмоток

При подключении первичной обмотки однофазного трансформатора к сети первичный ток i ₁, прохо­дя по её вит­кам , возбуждает в сердечнике синусо­идальный магнитный поток (рис. 18.1) Ф = Ф_m sin wt, где w = 2 pf - угловая частота питающего напряжения u ₁. Этот поток, пронизывая витки w ₁ первичной и витки w ₂ вторичной обмоток, наводит в них ЭДС

или (для действующих значений)

E ₁ = 4,44 f w ₁ Ф_m и E ₂ = 4,44 f w ₂ Ф_m.

С вторичной обмотки снимается напряжение u ₂, которое пода­ётся к потребителю электрической энергии Z_н.

Ток первичной обмотки трансформатора при отключенной наг­рузке (Z_н = ¥) является его током холостого хода I ₀. Его выра­жают в процентах по отношению к номинальному первичному току I _{1 н} , т. е.

i ₀ (%) = 100 I ₀ /I _{1 н} .

Ток холостого хода i ₀(%) в силовых трансформаторах составляет (2…5)%, а в маломощных трансформаторах может соста­влять (20...50)% номинального тока I _{1 н} .

Отношение ЭДС первичной обмотки трансформатора к ЭДС втори­чной его обмотки, равное отношению соответствующих чисел витков обмоток, называют коэффициентом трансформации трансформатора

n = E ₁/ E ₂ = w ₁/ w ₂.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСФОРМАТОРА

Для определения коэффициента трансформации п, а также параметров схемы замещения (рис. 18.2) и потерь мощности в трансформаторе проводят опыты холостого хода (опыт ХХ) и опыт короткого замыкания (КЗ) трансформатора.

Рис. 18.2. Схема замещения трансформатора:

- активное и индуктивное сопротивления первичной обмотки; и - приведенные активное и индуктивное сопротивления вторичной обмотки; - активное сопротивление намагничивающей ветви, обусловленное потерями мощности в стальном магнитопроводе; - индуктивное сопротивление намагничивающей ветви, обусловленное основным магнитным потоком; - приведенное к чис­лу витков первичной обмотки сопротивление нагрузки; - приведенные вторичное напряжение и вторичный ток

При опыте ХХ к первичной обмотке трансформатора под­водится но­минальное напряжение (рис. 18.3)

где - полное сопротивление первичной обмотки. При этом вторичная обмотка разомкнута (I ₂ = 0) и напряжение на её зажимах

Измерив напряжение U ₂₀, ток I ₀и активную мощность Р_х и пренебрегая падением напряжения на первичной обмотке (вви­ду его небольшого значения по сравнению с ЭДС ), определяют:

- коэффициент трансформации

;

- параметры намагничивающей ветви схемы замещения трансфор­матора (см. рис. 18.3, а)

- потери мощности при ХХ, называемые потерями в стали Р ₀, которые затрачиваются в основном на на­грев магнитопровода от действия вихревых токов и циклического перемагничивания стали, т. е.

При опыте К3 (рис. 18.4) в отличие от опасного аварийного корот­кого замыкания трансформатора, возникающего случайно при работе при напряжении , к первичной обмотке подводят такое пониженное нап­ряжение (меньшее напряжения в 8...20 раз в зави­симости от типа и мощности трансформатора), при котором в его об­мотках устанавливаются токи, равные соответствующим номинальным значениям:

где S_н - номинальная мощность трансформатора (в В×А).

Ввиду малости магнитного потока Ф (пропорциональ­ного пониженному напряжению ) при опыте К3 и соответственно потерь в стали (а они пропорциональны магнитному потоку в квадрате, т. е. Ф ²) активная мощность, потребляемая трансформатором из сети, идёт в основном на нагрев обмоток, т. е. равна электрическим потерям (назы­вае­мыми потерями в меди Р_м) в проводах обмоток:

.

Измерив напряжение U_к, ток I _{1 н} и активную мощность Р_к, определяют:

- параметры схемы замещения при КЗ трансфор­матора (пользуясь упрощенной схемой замещения, рис. 18.4, а):

где и - соответственно полное, активное и реактивное сопротивления К3 трансформатора;

- напряжение К3, выраженное в процентах,

u_к (%) = 100 U_к /U _{1 н} ;

- потери мощности при КЗ трансформатора (потери в меди)

.