Методические указания к выполнению лабораторных и самостоятельных работ для студентов 2-курса бакалавриата направлений образования 5310600

Порядок проведения эксперимента:
1. Ознакомиться с характеристиками исследуемого трансформатора (см. руководство по эксплуатации и табл. 6.1).
Таблица 6.1

Тип	U1 н	U2H	I2H	I10
ТП 114-7	220 В	16,5 В	1,0 А	< 0,04 А

2. Соберите электрическую цепь (см. рис. 34.2а). Установить переключатель «Rн, Ом» модуля «Однофазный трансформатор» в положение «Х.Х». В измерителе мощности установить пределы измерений U=500B, 1=0,1 А. Переключатели «С1 мкФ» модуля «Реактивные элементы» установить в позицию «0,02».

3. Представить схему для проверки преподавателю.
Опыт холостого хода
4. Провести опыт холостого хода. Включить электропитание модулей стенда (перевести в положение «Вкл.» выключатели питания и в положение «ON» автомат дифференциальной защиты модуля «Источник питания»). Вращая ручку автотрансформатора, установить на его выходе напряжение 220В. Напряжение контролировать по показаниям цифрового ваттметра PW1.
Провести измерения первичного напряжения U10, тока холостого хода I10 и активной мощности трансформатора P10 в режиме холостого хода. Результат измерений занести в табл. 34.2.
Выключить электропитание модулей стенда. По результатам измерений рассчитать коэффициент трансформации трансформатора К 12 и параметры ветви холостого хода схемы замещения трансформатора (Zо, Rо, Xо) .
Учитывая, что номинальный вторичный ток трансформатора 1,0А, рассчитать номинальный первичный ток трансформатора I_1н.
Таблица 6.2

Измерено					Вычислено
U10.B	I 10	P10. Вт	U20. В	Cosф10	Zо. Ом	R0,Ом	Хо, Ом	К12	I1Н, А

Внешняя и рабочие характеристики при активном характере нагрузки
5. Исследовать трансформатор в рабочем режиме, сняв внешнюю характеристику и рабочие характеристики при активном характере нагрузки (схема 6.2а, конденсатор С1 не подключать в схему). Для этого включить электропитание модулей стенда, установить номинальное первичное напряжение трансформатора 220В. Изменяя величину сопротивления нагрузки R_н с помощью переключателя «Rн, Ом» модуля однофазного трансформатора в пределах 5, 10….20 Ом, измерять величины, указанные в табл.6.3.
Выключить электропитание модулей стенда. Используя результаты измерений, рассчитать активную мощность Р2, отдаваемую нагрузке, и КПД трансформатора П. По результатам исследования построить внешнюю и рабочие характеристики трансформатора при активном характере нагрузки. Сделать выводы о наиболее целесообразном диапазоне нагрузок трансформатора.
Таблица 6.3

Измерено						Вычислено
Сторона вторичного напряжения		Сторона первичного напряжения
U2 B	I2, В	U1, В	I1, А	P1, Вт	Cos 1	Р2, Вт

Внешняя и рабочие характеристики при емкостном характере нагрузки
6.Снять внешнюю характеристику трансформатора при емкостном характере нагрузки (схема 6.2а). Для этого переключатель «Rн, Ом» модуля однофазного трансформатора установить в позицию «Х.Х.», подключить конденсатор С1 модуля реактивных элементов, включить электропитание модулей стенда. Установить на выходе автотрансформатора напряжение 220В и изменяя величину емкости конденсатора С1 в пределах 1...100 мкФ (до 200мкФ С1+С2 - параллельно) с помощью переключателя «С1, мкФ» измерять значения вторичного напряжения и тока. Результаты измерений занести в табл. 6.4. Выключить электропитание модулей стенда.
Таблица 6.4

U2, В
I2, В

Режим короткого замыкания
7. Исследовать трансформатор в режиме короткого замыкания (схема 34.26). Для этого установить ручку автотрансформатора в крайнее левое положение замкнуть вторичную обмотку накоротко (возможно подключение амперметра на выход вторичной обмотки). Представить схему для проверки преподавателю и объяснить порядок проведения опыта.
Включить питание модулей стенда. Вращая ручку автотрансформатора, плавно увеличить величину выходного напряжения, установить номинальное значение тока в первичной обмотке трансформатора в соответствии с рассчитанным в п. 4 значением.
Измерить величину напряжения короткого замыкания U_1К, первичного тока I_1К и активную мощность Р_К, потребляемую трансформатором в опыте короткого замыкания. Результаты измерения занести в табл.6.5. Рассчитать величину напряжения короткого замыкания U_К, величину тока аварийного короткого замыкания I_1Кавар параметры схемы замещения Z_k, R_К, Х_К (табл.6.5). Выключить электропитание модулей стенда.
Таблица 6.5

Измерено				Вычислено
U1К В	I1К В	РK, Вт	UK, %		ZK, Ом	RK, Ом	Хк, Ом	I1К авар %

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7


Исследование трехфазного двухобмоточного трансформатора
Цель работы: изучение устройства трехфазного трансформатора и исследование его свойств путем проведения опытов холостого хода и короткого замыкания.
Рабочее задание
1. Ознакомимся с устройством исследуемого трехфазного трансформатора и запишем его паспортные данные в табл. 7.1.
Таблица 7.1.

Фабричный номер	Тип	Номин. мощность, кВА	При соединении Y/Y0
			U1 Н , В	U2Н , В	I1Н , А	I2Н , А
18625	ТС-2,5/0,5	2,5	380	230	3,8	6,3

При соединении в звезду номинальные значения тока в первичной и вторичной обмотках трансформатора определяются по формулам:

, ,
где S_Н – номинальная мощность трансформатора;
U_1H, U_2H – номинальные значения линейных напряжений первичной и вторичной цепи.
2. Записываем паспортные данные электроизмерительных приборов в табл. 2.
Таблица 7.2

№ п/п	Наименование прибора	Заводской номер	Тип	Система измерения	Класс точности	Предел измерений	Цена деления
1	Вольтметр	Э30	ЭМ	1.5	500 В	20 В
2	Вольтметр	Э34	ЭМ	1.0	300 В	10 В
3	Вольтметр	Э30	ЭМ	1.5	30 В	1 В
4	Амперметр	Э30	ЭМ	1.5	5 А	0.2 А
5	Амперметр	Э30	ЭМ	1.5	5 А	0.2 А
6	Амперметр	Э30	ЭМ	1.5	5 А	0.2 А
7	Ваттметр	Д539	ЭД	0.5	3000 Вт	20 Вт
7	Ваттметр	Д539	ЭД	0.5	3000 Вт	20 Вт

3. Для испытания трансформатора собирается электрическая цепь по схеме, приведенной на рис. 1. К зажимам А, В, С обмотки высшего напряжения подводят напряжение 380 В. Амперметры и токовые обмотки ваттметров включаются через трансформаторы токов.

4. Проводим опыт холостого хода. Показания приборов записываем в табл. 7.3.

Таблица 7.3.

U1 , В	U2 , В	IА , А	IВ , А	IС , А	W1 , дел.	W2 , дел.	CW , Вт/дел.	KI	K
375	230	2,21	1,7	2,3	32	-21	20	0,2	1,63

Рис.7.1. Схема трехфазного двух обмоточного трансформатора

По данным табл. 2. рассчитываем коэффициент трансформации:

мощность холостого хода:
P₀ = (W₁ + W₂) C_W K_I == 44 ВТ
ток холостого хода:

коэффициент мощности в режиме холостого хода:

Активная мощность, потребляемая трансформатором при холостом ходе, расходуется на потери в стали трансформатора, так как потери в меди первичной обмотки от тока холостого хода ничтожны, т.е. P₀ = P_C.
5. Проводим опыт короткого замыкания. Включив трансформатор на пониженное напряжение U_1K, записываем показания приборов в табл. 7.3.
Таблица 7.3

IА , А	IВ , А	IС , А	U1К , В	W1 , дел.	W2 , дел.	CW , Вт/дел.	KI
2,3	2,2	2,35	10,8	10	4	2,5	1

На основании опытных данных определяются ток и мощность короткого замыкания:

коэффициент при коротком замыкании:

Если опыт проводится при , то мощность короткого замыкания пересчитывается на номинальный ток:

6. Зависимость к.п.д. трансформатора от нагрузки определяется расчетным путем. При этом величину нагрузки трансформатора удобно характеризовать коэффициентом загрузки:

При значениях коэффициента загрузки трансформатора, равных 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,5 рассчитываются:
полезная мощность
потери в обмотках
потребляемая мощность
коэффициент полезного действия трансформатора
Расчеты выполняются при . Результаты расчета записываем в табл. 7.5.
Таблица 7.5

β	P2, Вт	PM, Вт	P1, Вт	η	Исходные данные
0	0,0	0,0	44,0	0,0000	44 Вт 97,2 Вт 0,8
0,25	500,0	6,1	550,1	0,9090
0,5	1000,0	24,3	1068,3	0,9361
0,75	1500,0	54,7	1598,7	0,9383
1,0	2000,0	97,2	2141,2	0,9341
1,5	3000,0	218,7	3262,7	0,9195
βопт=0,67	1345,6	44,0	1433,6	0,9386

Определяем оптимальный коэффициент загрузки, при котором КПД будет максимальным. Это имеет место при равенстве потерь в обмотках и стали трансформатора. То есть при

откуда .
Полученное значение заносится в табл. 7.5, и по нему определяем .
Вывод: при увеличении мощности потребителя во вторичной обмотке трансформатора от 0 до примерно 1430 Вт КПД трансформатора возрастает и достигает наибольшего значения в 0.9386 при P₂ = 1433.6 Вт. На этом участке потери в обмотках трансформатора меньше потерь в стали, в точке максимума КПД потери в меди и стали выравниваются.
При дальнейшем увеличении мощности потребителя КПД начинает падать, потери в меди обмоток трансформатора становятся больше потерь в стали.