ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Методические указания по выполнению

12 3

Лабораторная работа №1

“Исследование однофазного трансформатора

малой мощности”

Цель работы

Целью работы является изучение принципа действия и устройства однофазного трансформатора малой мощности путём определения его основных параметров. Для изучения трансформаторов в настоящей работе используется однофазный трансформатор с номинальной мощностью P_н =200 Вт и переменным напряжением U₁=220 B частоты 50 Гц. Трансформатор предназначен для длительной работы на активную нагрузку (например, телевизионный приемник) при температуре окружающей среды до 50^оС. Конструктивные характеристики трансформатора приведены в пункте 8.

Подготовка к работе

2.1. Изучить теоретический материал, приведённый в литературе [1-4] и в приложении (п.8) к данной лабораторной работе по следующим разделам:

- принцип действия и конструкция трансформатора;

- математическая модель электрических процессов в однофазном трансформаторе и его схема замещения;

- определение параметров трансформатора с помощью опытов холостого хода и короткого замыкания;

- векторная диаграмма трансформатора;

- параметры и характеристики рабочего режима трансформатора.

3. Контрольные вопросы

3.1 Устройство и принцип действия трансформатора.

3.2 Какие характеристики и параметры трансформатора определяются из опыта холостого хода?

3.3 Какие характеристики и параметры трансформатора определяются из опыта короткого замыкания?

3.4 Что такое внешняя характеристика трансформатора и как она выглядит?

3.5 Что такое коэффициент мощности трансформатора и каким он должен быть?

3.6 Как рассчитать КПД трансформатора и каковы условия получения максимального КПД при номинальной нагрузке?

3.7 Как построить векторную диаграмму трансформатора при различных видах нагрузки?

3.8 Как и почему изменяется векторная диаграмма при изменении характера нагрузки?

3.9 Какой вид имеют основные уравнения, лежащие в основе анализа принципа действия трансформатора?

Содержание работы

4.1. Ознакомиться с принципиальной схемой лабораторного макета, приведённой на рис. 1.4 и на лицевой панели макета. Схема макета позволяет производить испытания трансформатора с помощью трёх опытов: холостого хода; короткого замыкания и опыта рабочего режима трансформатора. Упрощенные схемы проведения опытов указаны на рисунках 1.1, 1.2, 1.3 и на панели макета.

4.2.Произвести опыт холостого хода («х.х.») трансформатора, в процессе которого:

- осуществить измерения и построить характеристики холостого хода трансформатора I₁₀=f(U₁), P₁₀=f(U₁), где U₁, I₁₀, P₁₀ - напряжение, ток и мощность в первичной цепи трансформатора в режиме холостого хода.

Для номинального напряжения U₁ первичной обмотки, на основании экспериментальных данных опыта холостого хода, определить с помощью расчётов:

- коэффициент трансформации k;

- потери в стали магнитопровода трансформатора;

- магнитную индукцию B_м в сердечнике трансформатора в режиме холостого хода.

4.3.Произвести опыт короткого замыкания («к.з.»), в процессе которого (см. п. 4.2) осуществить измерения и построить характеристики короткого замыкания трансформатора I_1к=f(U₁), I_2к=f(U₁), P_1к=f(U₁), здесь U_1к, I_1к, P_1к напряжение, ток и мощность в первичной цепи трансформатора, а I_2к - ток во вторичной цепи трансформатора при коротком замыкании вторичной обмотки (см. п.6.8);

Для номинального тока I₁ первичной обмотки, на основании экспериментальных данных опыта короткого замыкания определить потери в меди обмоток трансформатора;

4.4.Произвести испытания (опыт) трансформатора в рабочем режиме, то есть:

- снять характеристики I₁= f(I₂), P₁= f(I₂), cosj = f(I₂), h=f(I₂) и внешнюю характеристику U₂=f(I₂), при U₁=const и активной нагрузке, здесь j - угол сдвига фазы тока относительно фазы напряжения, h - коэффициент полезного действия трансформатора;

- снять характеристики I₁= f(I₂), P= f(I₂), cosj=f(I₂), h=f(I₂) и внешнюю характеристику трансформатора U₂=f(I₂), при U₁=const и активно-индуктивной нагрузке;

- рассчитать коэффициент полезного действия h трансформатора (КПД) для номинального режима работы и сравнить его значение с опытным значением;

- изобразить в отчёте эквивалентную схему (схему замещения) трансформатора для каждого опыта.

4.5. построить векторную диаграмму трансформатора:

- произвести необходимый расчет векторов токов и напряжений и др. параметров;

- изобразить в соответствующем масштабе векторную диаграмму трансформатора, работающего на активно-индуктивную нагрузку.

Содержание отчёта

Отчёт должен содержать следующее:

5.1. Принципиальные схемы макета для каждого опыта;

5.2. Таблицу результатов опыта холостого хода и графики зависимостей: I₁₀=f(U₁), P₁₀=f(U₁);

5.3. Результаты расчётов потерь в стали магнитопровода, а также коэффициента трансформации k и индукции B_м трансформатора в режиме холостого хода;

5.4 Таблицу результатов опыта короткого замыкания и графики зависимостей: I₁=f(U_1К), I₂=f(U_1К), P_К=f(U_1К);

5.5. Результаты расчётов потерь в меди обмоток трансформатора;

5.6 Таблицу и графики зависимостей: I₁=f(I₂), P=f(I₂), U₂=f (I₂), cosj=f(I₂), h=f(I₂) при активной и активно-индуктивной нагрузке.

5.7 Эквивалентную cхему и векторную диаграмму трансформатора в рабочем режиме при активно – индуктивной нагрузке для заданного преподавателем значения тока.

Методические указания по выполнению

Лабораторной работы

6.1. В описании и на передней панели макета имеются следующие обозначения:

ТР - испытуемый трансформатор

AТV,ТU,ТА - вспомогательные автотрансформатор, понижающий трансформатор и трансформатор тока;

w1, w2 - соответственно первичная и вторичная обмотки испытуемого трансформатора;

PА1, PА2, - амперметры для измерения тока I₁,I₂ в первичной и вторичной цепях трансформатора;

PV1, PV2 - вольтметры измерения напряжений U₁,U₂ в первичной и вторичной цепях трансформатора;

PW1 - ваттметр для измерения активной составляющей мощности трансформатора P₁;

S1, FU - тумблер включения и предохранитель электропитания макета;

S2, S4 - переключатели соответственно схемы опыта и характера нагрузки;

S3 - кнопка замыкания вторичной цепи трансформатора;

L_н, R_н - дроссель и регулируемое сопротивление нагрузки;

U₁,U₂ ,I₁,I₂,P - напряжения и токи первичной и вторичной обмоток, мощность трансформатора;

I₁₀, P₀ - ток и мощность трансформатора в режиме холостого хода;

k - коэффициент трансформации по напряжению испытуемого трансформатора;

U_1к,I_1к,I_2к,P_к - напряжение и токи первичной и вторичной обмоток, а также мощность трансформатора в режиме короткого замыкания;

P₁, P₂ - активная мощность в первичной и вторичной цепях трансформатора;

k_i, k_u - коэффициенты трансформации по току и напряжению вспомогательных трансформаторов;

j₁, j₂ - сдвиг фазы тока относительно фазы напряжения в первичной и вторичной цепях трансформатора;

r₀, x₀, z₀, r_к, x_к, z_к - сопротивления активное, реактивное и полное соответственно в опытах холостого хода и короткого замыкания;

R_н, X_н, Z_н , P_н - сопротивления нагрузки активное, реактивное и полное, а также мощность нагрузки;

F - частота напряжения сети;

S_с, B_м, a - сечение магнитопровода (стали) трансформатора, магнитная индукция и угол магнитного запаздывания.

6.2 Проведение опыта холостого хода. Переключите схему лабораторного макета в режим проведения опыта холостого хода. Для этого установите переключатель S2 в положение «Х.Х.»., в этом случае макет будет соответствовать схеме, приведенной на рисунке 1.1, с разомкнутой цепью вторичной обмотки трансформатора ТР. Здесь показания амперметра и ваттметра будут превышать действительные значения в 10 раз в силу использования измерительного трансформатора тока ТА.

6.3. Постройте характеристики, указанные в пункте 2.2. Для этого произведите измерения I ^I₁₀, U₂, и P ^I₀ (не менее 6 точек), меняя с помощью автотрансформатора AТV напряжение U₁ на первичной обмотке трансформатора в пределах 0,5 U₁ - 1,1 U₁ номинального значения (220В). Результаты измерений свести в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

№	Опытные данные (опыт холостого хода)	Расчётные данные
	U₁ ,В	I^I₁₀, A	P^I₀, Вт	U₂, B	k	I₁₀ ,A	P₀, Вт

6.4. По результатам измерений (для каждой точки) рассчитать:

- I₀=k_iI ^I₁₀ - значение тока холостого хода трансформатора ТР с учётом коэффициента трансформации k_i=0,1 трансформатора тока TA;

- P₀=k_i P ^I₀ - значение мощности холостого хода трансформатора ТР с учётом k_i.

Результаты расчетов занести в таблицу 1.1.

6.5. По результатам измерений и расчётов, приведенных в таблице 1.1, нарисовать графики зависимостей тока I₀ холостого хода и мощности P₀ холостого хода трансформатора от напряжения U₁ первичной обмотки.

Для номинального значения входного напряжения U₁ рассчитать:

- k=w₁/w₂=U₁/U₂ - коэффициент трансформации по напряжению;

- P_С= P₀ - потери в стали магнитопровода при U₁ = 220 В;

- B_м - магнитная индукция в сердечнике трансформатора.

Магнитная индукция вычисляется по формуле: B_м=U₁/4,44Fw₁S_с, [Tл], где cечение стали сердечника испытуемого трансформатора равно S_c= 20´10^-4, м², а число витков первичной обмотки приведено в таблице 1.5; F, Гц – промышленная частота переменного напряжения синусоидальной формы (50 Гц).

12 3