Лабораторная работа: Дослідження однофазного трансформатора

./13.8/

При роботі трансформатора під навантаженням мають місце втрати потужності в сталі на гістерезис і вихрові струми та втрати в обмотках на нагрівання /втрати в міді/ . З врахуванням цих втрат формулу /13.8/ можна представити у вигляді

. /13.9/

Визначити втрати і аналітичним шляхом неможливо із-за складності електромагнітних процесів , які мають місце в трансформаторі . Тому їх визначають на підставі дослідів холостого ходу і короткого замикання .

Дослід холостого ходу проводить при розімкненій вторинній обмотці і при номінальній напрузі на первинній . За цих умов в первинній обмотці протікає струм холостого ходу , який в сучасних трансформаторах не перевищує 210% номінального струму . При такому струмі втратою потужності в міді первинної обмотки можна знехтувати , так як вона не перевищує 2% від втрат холостого ходу . Тому вважають, що втрати холостого ходу приблизно дорівнюють втратам в сталі . При холостому ході струм малий і падіння напруги в первинній обмотці не перевищує 0,5% від прикладеної напруги . Тому при холостому ході приймають, що , і коефіцієнт трансформації

. /13.10/

Отже, з досліду холостого ходу експериментальним шляхом визначають струм холостого ходу І0, втрати в сталі р0 і напругу . На підставі цих даних обчислюють коефіцієнт трансформації /формула 13.10/ і кут магнітного запізнення /формула 13.7/, який необхідний для побудови векторної діаграми трансформатора .

При досліді короткого замикання вторинну обмотку замикають накоротко, а на первинну подають таку напругу , при якій струми в первинній і вторинній обмотках будуть дорівнювати номінальним. За цих умов е.р.с. первинної обмотки мала і струм намагнічування не перевищує . Тому втратами в сталі можна знехтувати і вважати, що підведена потужність витрачається на нагрівання обмоток і приблизно дорівнює втратам в міді:

. /13.11/

Визначивши експериментально напругу , струм і потужність короткого замикання , вираховують параметри короткого замикання

; /13.12/

; /13.13/

. /13.14/

При навантаженні трансформатора, яке відрізняється від номінального, потужність , де коефіцієнт навантаження трансформатора, і формулу /13.9/ можна представити у загальному вигляді:

. /13.15/

Так як при заданому значенні єдиною змінною в формулі /13.15/ є коефіцієнт навантаження , то можна визначити, при якому значенні досягає максимального значення .Для цього необхідно знайти похідну і прирівняти її до нуля . Виконавши цю операцію, одержимо

. /13.16/

Вираз /13.16/ означає, що к.к.д. досягає максимального значення при такому навантаженні, коли втрати в сталі дорівнюють втратам в міді обмоток.

Коефіцієнт оптимального навантаження

. /13.17/

Рис.13.5.

На рис.13.5 наведені залежності к.к.д. трансформатора , втрати в міді обмоток і величина втрат в магнітопроводі , із яких видно, що максимальний к.к.д. лежить на перетині кривої і прямої .

Втрати потужності в сучасних трансформаторах незначні. Зокрема, втрати в сталі складають 0,3…1,5%, а в міді – 0,5…3% номінальної потужності. При цьому менші втрати відносяться до трансформаторів великої потужності. Отже, найбільш економічна робота трансформаторів буде при коефіцієнті завантаження kн. опт.=0,77…0,71.

Для надійного і безперебійного забезпечення споживачів електроенергією, особливо в години “пік”, і створення резерву на підстанціях встановлюють декілька трансформаторів, які вмикають на паралельну роботу.

При паралельній роботі трансформаторів розподіл навантаження між ними залежить від падіння напруг на їх вторинних обмотках. Тому необхідно вміти будувати зовнішню характеристику трансформатора при і . Її знімають експериментально або розраховують на підставі параметрів короткого замикання за формулою

. /13.18/

Рис.13.6.

На рис. 13.6 наведені у відносних одиницях зовнішні характеристики трансформатора для ємнісного () і індуктивного () характеру навантаження. Там же наведена зовнішня характеристика трансформатора (крива 2) з більшим значенням напруги короткого замикання. При паралельній роботі таких трансформаторів завантаження їх буде різним, бо напруга на загальних шинах одинакова. Як видно з рис. 13.6 трансформатор з більш жорсткою зовнішньою характеристикою буде завантажений більше, що треба враховувати при підборі трансформаторів для паралельної роботи.

13.3 Програма роботи

1. Ознайомитись з будовою однофазного трансформатора і лабораторними стендом.