В. Д. Авилов, В. П. Беляев, Е. Н. Савельева,

В. Д. АВИЛОВ, В. П. БЕЛЯЕВ, Е. Н. САВЕЛЬЕВА,

В. А. СЕРЕГИН, Л. Е. СЕРКОВА, В. В. ХАРЛАМОВ, Е. И. ШЕЛЬМУК

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Часть 1

Трансформаторы

 

 

О М С К 2 0 0 1

 

 

Министерство путей сообщения Российской Федерации

Омский государственный университет путей сообщения

 

 

В. Д. АВИЛОВ, В. П. БЕЛЯЕВ, Е. Н. САВЕЛЬЕВА,

В. А. СЕРЕГИН, Л. Е. СЕРКОВА, В. В. ХАРЛАМОВ, Е. И. ШЕЛЬМУК

 

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

 

Часть 1

 

ТРАНСФОРМАТОРЫ

 

Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве методических указаний к лабораторным работам по курсу “Электрические машины” для студентов 3-го курса

 

Омск 2001

 

 

УДК 621.313

 

 

Электрические машины. Часть 1. Трансформаторы: Методические ука-зания к лабораторным работам по курсу “Электрические машины”/ В. Д. Авилов, В. П. Беляев, Е. Н. Савельева, В. А. Серегин, Л. Е. Серкова, В. В. Харламов, Е. И. Шельмук / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2001. 31 с.

 

Методические указания включают в себя описания пяти лабораторных работ по разделу «Трансформаторы» дисциплины «Электрические машины». Изложены общие вопросы теории трансформаторов. Приведены требования по охране труда и технике безопасности при выполнении лабораторных работ в учебной лаборатории. Даны методические рекомендации по исследованию характеристик силовых однофазных и трехфазных трансформаторов, обработке экспериментальных данных. Все работы содержат элементы учебных исследований.

 

Предназначены для студентов 3-го курса очного и заочного обучения в соответствии с программами специальностей 100400 – «Электроснабжение (железнодорожный транспорт)», 180700 – «Электрический транспорт (железнодо-рожный транспорт)», 120100 – «Технология транспортного машиностроения», 100700 – «Промышленная теплоэнергетика», 150700 – «Локомотивы», 150800 – «Вагоны», 2107 – «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте».

 

Библиогр.: 3 назв. Табл. 9. Черт. 14.

 

 

Рецензенты: доктор техн. наук В. Н. Лисунов;

доктор техн. наук В. Н. Горюнов.

 

Ó Омский гос. университет путей сообщения, 2001

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение………………………………………………………………………….….. 5 1. Правила техники безопасности и эксплуатации электроустановок

лабораторий …………………………………………….………………………… 5

2. Трансформаторы……………………………………………………………….…. 6

Лабораторная работа 1. Испытание двухобмоточного трансформатора ме-

тодом холостого хода и короткого замыкания………… 7

Лабораторная работа 2. Испытание двухобмоточного трансформатора ме-

тодом непосредственной нагрузки………..……..…….. 13

Лабораторная работа 3. Определение группы соединения обмоток трех-

фазных трансформаторов………………………………. 16

Лабораторная работа 4. Исследование процесса намагничивания сердечни-

ка трансформатора…………………..…………….….… 21

Лабораторная работа 5. Особенности холостого хода трехфазных транс-

форматоров……………………………………………… 24

Библиографический список……………………………………………………. … 30

ВВЕДЕНИЕ

 

Порядок изложения лабораторных работ соответствует календарному плану дисциплины. Основным документом в этом отношении является график выпол-нения лабораторных работ.

В описании некоторых лабораторных работ отсутствуют теоретические положения, студент может найти их в рекомендованной литературе и конспектах лекций, наличие последних на занятиях обязательно.

Вопросы в подразделах "Расчеты и построения" подробно не комменти-руются, поэтому студент должен самостоятельно найти пути их решения.

В процессе подготовки необходимо заранее внимательно ознакомиться с объектом задания, дополнительной литературой, уяснить порядок выполнения работы. Для контроля своей подготовленности следует ответить на вопросы, приведенные в конце описания каждой лабораторной работы.

В ходе испытаний и обработки экспериментальных данных нужно четко уяснить взаимосвязь между отдельными параметрами, закрепить теоретические знания, научиться применять их на практике. Только в этом случае будет достиг-нута цель усвоения теоретического материала, что необходимо для будущей прак-тической деятельности.

 

 

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования одной системы переменного тока (первичной) в другую той же частоты (вторичную), имеющую в общем случае другие характеристики, в частности, напряжение и ток.

Простейший трансформатор состоит из сердечника, набранного из листовой трансформаторной стали и двух или нескольких обмоток, связанных между собой электромагнитно. Трансформатор является обратимым аппаратом и может слу-жить как для увеличения, так и для уменьшения напряжения. Трансформаторы, предназначенные для увеличения напряжения, называют повышающими, а для уменьшения – понижающими.

Работа трансформатора основывается на принципе электромагнитного взаимодействия двух или, в общем случае, любого числа контуров, неподвижных относительно друг друга. Если к зажимам одной из обмоток приложить нап-ряжение, периодически изменяющееся во времени, то в этой обмотке возникнет переменный ток, который создает в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток, сцепляющийся с обмотками. Под действием магнитного потока во вторичной обмотке возникает переменная ЭДС. Если к зажимам этой обмотки подключить приемник электрической энергии, то по вторичному контуру будет протекать ток.

Основные соотношения в трансформаторах описываются уравнениями равновесия электродвижущих и намагничивающих сил, непосредственно вытекающими из схемы замещения трансформатора. Параметры схемы замещения определяются из опыта холостого хода (х.х.) и короткого замыкания (к.з.).

Лабораторная работа 1

 

Экспериментальная часть

 

1) Провести опыт х.х.

2) Снять характеристики I ₀ = f (U ₁); P ₀ = f (U ₁);cos j ₀ = f (U ₁).

3) Провести опыт к.з.

 

Расчеты и построения

 

1) Построить снятые характеристики х.х.

2) Вычислить параметры схемы замещения из опытов х.х. и к.з.

3) Начертить схему замещения трансформатора с указанием расчетных величин.

4) Рассчитать и построить рабочие характеристики трансформатора U ₂ = f (k _н) и h = f (k _н) для двух значений коэффициента мощности(cos j₂ – по заданию преподавателя и cos j ₂ =1).

 

Опыт холостого хода

 

Опыт	Расчет
U 20, B	I 20, A	P 0, Вт	U 10, B	P C, Вт	cos j 0	z 0, Ом	r 0, Ом	x 0, Ом

 

Опыт к.з. проводится при пониженном напряжении и требует особого внимания. Рекомендуется следующий порядок проведения опыта. Источник питания Т1 подключается к обмотке ВН. Движок Т1 ставится в нулевое положение! Зажимы обмотки НН испытуемого трансформатора закорачиваются через амперметр. В цепь обмотки ВН вместо существующего включается вольтметр на 15–30 В. Только после этого очень плавно поднимается напряжение до тех пор, пока в цепи вторичной обмотки не установится номинальный ток, А:

для трехфазного трансформатора-

(1)

для однофазного трансформатора-

(2)

где S _н – номинальная мощность трансформатора по паспорту, В×А;

U _н– номинальное напряжение обмотки ВН (для трехфазных трансформато-ров – линейное), В.

Показания приборов заносятся в табл. 2. Опыт и расчет параметров к.з. и U _кпроводят только один раз для I _1к = I _1н.

Таблица 2

Опыт короткого замыкания

Опыт

Расчет

U к, В

I 1к, А

I 2к, А

Р к.н, Вт

z 1к, Ом

r 1к, Ом

x 1к, Ом

cos j к

U к

U к.а

U к.р

В

%

В

%

В

%

 

Рабочие характеристики

 

k н	0,25	0,5	1,0	1,5
I 2, A
Вт	cos j 2 =1
cos j 2 =
Вт
P c, Вт
Вт
h, %	cos j 2 =1
cos j 2 =
D u, %	cos j 2 =1
cos j 2 =
В	cos j 2 =1
cos j 2 =

 

1.5. Контрольные вопросы

 

1) Принцип действия трансформатора, назначение элементов.

2) Как найти коэффициент трансформации?

3) Что такое приведенный трансформатор?

4) Каким образом проводится опыт х.х.?

5) Как рассчитать параметры схемы замещения трансформатора?

6) Начертить схемы замещения для режимов х.х., к.з., нагрузки. Пояснить их различие. Определить параметры схемы замещения.

7) Потери в трансформаторе: постоянные, переменные, их физическая сущ-ность, способ определения на реальном трансформаторе.

8) Как изменяются потери в стали и потери в меди при изменении нагрузки?

9) Что называется напряжением короткого замыкания?

10) Объясните понятие «изменение вторичного напряжения», от чего оно зависит?

11) Как изменяется вторичное напряжение с изменением величины нагрузки при постоянном коэффициенте мощности?

12) Как изменяются потери х.х. с изменением напряжения питающей сети?

13) Как изменяются КПД трансформатора и внешняя характеристика при изменении характера нагрузки (cos j₂)?

14) В каком случае КПД трансформатора достигает максимума?

 

Лабораторная работа 2

 

ИСПЫТАНИЕ ДВУХОБМОТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА МЕТОДОМ НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ НАГРУЗКИ

Ц е л ь р а б о т ы: ознакомиться с прямым методом испытаний трансфор-маторов; закрепить теоретические знания; приобрести опыт обработки экспери-ментальных данных; получить практическое подтверждение положений теории трансформаторов [1, c. 419–430; 2, c. 298–311; 3, c. 211–217].

Экспериментальная часть

 

Снятьвнешние характеристики и кривые КПД трансформатора при раз-личном характере нагрузки: cos j ₂ = 1; cos j ₂– по заданию преподавателя.

 

Расчеты и построения

 

1) Построить внешние характеристики U ₂ = f (k _н) трансформатора (на одном графике), дать объяснения их различию.

2) Построить кривые КПД h = f (k _н) при различном характере нагрузки, дать объяснения их различию.

3) Построить кривые изменения коэффициента мощности первичной обмот-ки при изменении величины нагрузки cos j = f (k _н).

4) Сопоставить полученные зависимости с расчетными из лабораторной работы 1.

 

Методические указания

 

Для выполнения экспериментальной части работы необходимо для трехфаз-ного трансформатора собрать схему, приведенную на рис. 3, а для однофазного трансформатора – на рис. 4. Испытания желательно проводить на том же трансформаторе, что и в работе 1. Это позволит сравнить расчетные и экспериментальные характеристики.

В качестве реактивной нагрузки можно использовать обратное включение автотрансформатора – нагрузкой является вторичная обмотка автотрансформато-ра при разомкнутых зажимах первичной обмотки. В этом случае ток, потребля-емый автотрансформатором, будет почти чисто намагничивающим, т. е. носить индуктивный характер.

Поскольку испытания проводятся при симметричной нагрузке, можно ис-пользовать для замера мощности по однофазному ваттметру с каждой стороны трансформатора, при этом следует помнить, что их параллельные обмотки должны быть включены на фазное напряжение. При соединении одной из обмо-ток трансформатора в «треугольник» однофазный ваттметр может быть включен «в рассечку» одной из фаз трансформатора (рис. 5).

Испытания при любом характере нагрузки начинают с режима холостого хода при разомкнутом рубильнике S. Затем рубильник включается и постепенно увеличивается нагрузка приблизительно до 1,25 номинальной. Всего необходимо произвести измерения в 6 – 8 точках. Результаты заносятся в табл. 4.

Рис. 3

 

Испытания при чисто активной нагрузке (cos j ₂ = 1) проводятся при отключенном автотрансформаторе Т2.

Рис. 4

 

Для испытаний при коэффициенте мощности, отличающемся от единицы, следует подключить автотрансформатор и поставить его движок в крайнее верхнее положение (рукоятка автотрансформатора повернута по часовой стрелке до упора). Значения первой точки снимаются при ра-зомкнутом рубильнике S. Затем включа-ется рубильник и первая ступень нагрузоч-

Рис. 5

ного сопротивления R _наг.. По установившемуся току активной нагрузки I _2а (амперметр PA3) рассчитывается необходимый реактивный ток

 

(15)

который и устанавливается с помощью Т2. Контроль величин реактивного тока

ведется по амперметру РА4. Показания приборов заносятся в табл. 4. Затем вклю-

чается вторая ступень нагрузочного сопротивления, и все операции повторяются.

Таблица 4

Экспериментальные и расчетные данные при cos j ₂ =

K н
U 1, B
I 1, A
P 1, Вт
cos j 1
U 2, B
I 2, A
I 2a, A
I 2р, А
P 2, Вт
h, %

 

Коэффициент нагрузки можно рассчитать по выражению:

(16)

При использовании однофазного ваттметра Р ₂ = 3 Р _2ф.

Поскольку КПД трансформатора достаточно высок, опыт непосредственной нагрузки требует тщательного подбора измерительных приборов и точной записи их показаний, чтобы избежать грубых ошибок в результатах.

В отчете по работе необходимо дать письменные ответы на контрольные вопросы 5 – 10.

2.4. Контрольные вопросы

 

1) Что называется внешней характеристикой трансформатора?

2) Как рассчитать необходимую величину реактивного тока?

3) Как изменить при проведении опыта величину реактивного тока?

4) Что означает коэффициент нагрузки?

5) Как изменяется вторичное напряжение при увеличении нагрузки транс-форматора?

6) Как изменяется КПД трансформатора при изменении нагрузки?

7) Как влияет характер нагрузки на изменение вторичного напряжения трансформатора?

8) Как влияет характер нагрузки на величину КПД трансформатора при одном и том же значении коэффициента нагрузки?

9) Как изменяется коэффициент мощности на первичной стороне трансфор-

матора при увеличении нагрузки?

10) Как изменяется коэффициент мощности на первичной стороне транс-форматора при изменении характера нагрузки?

 

Лабораторная работа 3

Основные положения теории

Обмотки трехфазных трансформаторов могут быть соединены «звездой» или «треугольником». В трансформаторах средней мощности иногда обмотка низшего напряжения соединяется «зигзагом». На схемах эти соединения принято обозначать: «звезда» – Y или У; «треугольник» – D или D; «зигзаг» – Z. Если «звезда» (или «зигзаг») имеет выведенную нулевую точку, то в обозначениях добавляют индекс «0», например, Y₀, У₀, Z₀.

В общем обозначении схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов первым всегда указывается соединение обмоток высшего напряжения, например, Y/Y₀, Y/D и т.п.

Начала фаз обмотки высшего напряжения принято обозначать прописными начальными буквами латинского алфавита (А, В, С), а концы – последними (X,Y,Z). Для обмоток низшего напряжения берутся соответственно строчные буквы – a, b, c и x, y, z.

Большое значение в практике эксплуатации трансформаторов (при включе-нии их на параллельную работу) имеет направление векторов первичного и вто-ричного линейных напряжений. Их взаимное расположение определяет группу соединения трансформатора.

Векторы первичного и вторичного линейных напряжений могут быть сдвинуты относительно друг друга на угол, кратный 300. Показатель кратности вводится в обозначение группы соединения. Например, на рис. 6, а показана 11-я группа соединения, на рис. 6, б – 6-я; на рис. 6, в – 4-я. Исключение представляет 0-я группа, показанная на рис. 6, г (ранее она называлась 12-й).

а б в г

Рис. 6

Таким образом, группа соединения обмоток трансформатора показывает взаимное расположение векторов первичного и вторичного линейных нап-ряжений.

Номер группы соединения можно определить и другим способом. Если вектор первичного линейного напряжения представить минутной стрелкой на циферблате часов и совместить его с цифрой 12, то вектор вторичного линейного напряжения (считая его часовой стрелкой) покажет номер группы соединения данного трансформатора.

Группа соединения зависит от направления намотки обмоток, маркировки выводов и схемы соединения. При одинаковом направлении намотки и одинако-вой маркировке начал и концов обмотки одного стержня трансформатора их фазовые напряжения будут совпадать по направлению. При изменении того или другого у одной из обмоток векторы фазных напряжений окажутся сдвинутыми на 1800. Таким образом, для изменения группы соединения на противоположную достаточно изменить маркировку выводов обмотки – поменять начала и концы одной из обмоток. Меняя маркировку выводов и схему соединения фаз обмотки, можно получить любую группу от 0 – й до 11 – й. Схема соединения Y/Y дает только четные группы, тогда как схема Y/D или D/Y – только нечетные.

По ГОСТ 11677-85 основными группами соединения силовых транс-форматоров общепромышленного назначения приняты Y/Y₀ – 0-я; D/Y₀ – 11-я; Y/D – 11-я; Y₀/D – 11-яи Y/Z – 11-я. Первые две группы используются главным образом в распределительных сетях низкого напряжения; оставшиеся – для линий электропередач, причем для напряжений 110 кВ и выше возможны соединения Y₀/Y₀. В этом случае чаще всего используются трехобмоточные трансформаторы, одна из обмоток которых для улучшения формы кривой напряжений соединена «треугольником».

На электрифицированных железных дорогах, работающих на переменном токе, с целью симметрирования нагрузки на питающих ЛЭП,допускается приме-

нение других групп соединения тяговых трансформаторов.

 

Экспериментальная часть

 

1) Включить трансформатор по схеме Y/Y и определить группу соединения; изменить группу на противоположную.

2) Проделать то же самое для схемы Y/D.

3) Включить трансформатор по схеме, предложенной преподавателем, и оп-ределить группу соединения.

 

Расчеты и построения

 

1) Определить группы соединения расчетным путем.

2) Построить векторные диаграммы для различных групп соединения.

3) Построить векторную диаграмму и определить группу соединения для схемы, заданной преподавателем.

 

Методические указания

 

Группу соединения можно определить с помощью вольтметра и последую-щего построения совместной векторной диаграммы. С этой целью соединяются перемычкой два одноименных зажима первичной и вторичной обмотки, например А и а, и замеряются напряжения на оставшихся выводах: U_АВ, U_ab, U_Bb, U_Cb, U_Bc и U_Cc. Результаты эксперимента заносятся в табл. 5, последний столбец которой заполняется после построения векторной диаграммы. Измерение напряжений производится путем прикосновения проводов, соединенных с вольтметром, к соответствующим зажимам трансформатора. Будьте внимательны и осторожны!

Величина k _лв табл. 5 и последующих расчетах представляет собой коэф-фициент трансформации по линейным напряжениям:

(17)

Для изменения группы соединения на противоположную необходимо изменить маркировку выводов одной из обмоток. В данном случае это проще осуществить со стороны питания (рис. 7, а – до изменения, б – после изменения). Схема соединения вторичной обмотки при этом остается без изменений.

Для определения группы соединения аналитическим путем необходимо рассчитать напряжения U_Bb, U_Cb, U_Bc и U_Cc по выражениям, приведенным в табл. 6 (напряжение U ₂ =U_ab), и за-полнить ее расчетную часть. Затем из табл. 5 выбрать соответствующую строку, имеющую те же (или близкие) напряжения, полученные опытным пу-

а б

Рис. 7

тем.

 

Таблица 5

 

Экспериментальные данные

 

Схема соединения	Напряжение, В	Коэффи-циент k л	Группа соединения
	Uab	UBb	UBc	UCb	UCc
Y/Y								Y/Y
и т. д.

 

Таблица 6

 

Расчетные соотношения для определения группы соединения

 

Группа соедине-ния	Напряжение, В
UBb = UCc	UBc	UCb
Y/Y0–0-я
Расчет	Опыт	Расчет	Опыт	Расчет	Опыт
Y/Y–6-я
Расчет	Опыт	Расчет	Опыт	Расчет	Опыт
Y/D–11-я
Расчет	Опыт	Расчет	Опыт	Расчет	Опыт
Y/D–5-я
Расчет	Опыт	Расчет	Опыт	Расчет	Опыт

В табл. 6 приведены расчетные выражения только для четырех предусмот-ренных стандартом групп соединения, поэтому группа соединения для схемы, заданной преподавателем, определяется только по векторной диаграмме.

Для построения совмещенной векторной диаграммы вначале строится в

масштабе треугольник первичных линейных напряжений (рис. 8). Поскольку пер-

вичная система напряжений симметрична, этот треугольник будет равносто-ронним со стороной, равной напряжению U_АВ (рис. 8, а).

Треугольник вторичных линейных напряжений строится методом засечек

(рис. 8, б). Потенциалы соединенных перемычкой зажимов равны, поэтому точки А и а на диаграмме оказываются совмещенными. Из вершин треугольника В и С делаются засечки радиусами U_Bb и U_Cb, точка их пересечений дает вершину треугольника b. Точка пересечения засечек радиусами U_Bc и U_Cc даст вершину с. Соединив точки a, b и c, получим треугольник вторичных линейных напряжений. Угол между напряжениями U_АВ и U_ab покажет группу соединения.

 

Рис. 8

Аналогично следует поступать и при других соединениях.

В отчете необходимо дать письменные ответы на контрольные вопросы 2, 3, 4, 6, 7, 13, 14.

3.4. Контрольные вопросы

 

1) Какие схемы применяются для соединения обмоток силовых трехфазных трансформаторов?

2) Как различаются линейные и фазовые напряжения и токи при различных схемах соединения обмоток?

3) Как маркируются начала и концы обмоток фаз трансформатора?

4) Что показывает группа соединения трансформатора?

5) Как определить номер группы соединения по циферблату часов?

6) От каких факторов зависит группа соединения?

7) Как можно изменить группу соединения?

8) Каким образом изменить группу соединения трансформатора на про-тивоположную?

9) Какие группы соединения можно получить при схеме соединения «звезда – звезда»?

10) Какие группы соединения можно получить при схеме соединения «звезда – треугольник»?

11) Какие группы соединения можно получить при схеме соединения «треугольник – звезда»?

12) Какие группы соединения используются в трансформаторах, выпуска-ющихся в Российской Федерации?

13) Как практически определить группу соединения трансформатора?

14) С какой целью необходимо знать группу соединения?

 

Лабораторная работа 4

 

Основные положения теории

 

При включении трансформатора на синусоидальное напряжение основной магнитный поток Ф в сердечнике трансформатора будет также синусоидальным и отстающим от приложенного напряжения на угол p /2. В свою очередь, создава-емые этим потоком ЭДС в обмотках трансформатора сохраняют синусоидальную

форму и будут отставать от магнитного потока также на угол p /2.

Если пренебречь падением напряжения в первичной обмотке, которое в режиме х.х. очень мало, соотношение между приложенным напряжением и магнитным потоком будет определяться выражением:

(18)

 

где f ₁ – частота питающей сети, Гц;

w ₁ – число витков первичной обмотки;

П _с – сечение стержня трансформатора (сердечника), см2;

В _с – индукция в стержне (амплитудное значение), Т.

Поскольку кривая намагничивания сердечника имеет нелинейный характер, кривая намагничивающего тока будет отличаться от синусоиды, и тем больше, чем сильнее насыщен сердечник (рис. 9).

Из числа высших гармонических тока сильнее всего выражена третья гармо-ника, несколько слабее – пятая. Гармонические более высокого порядка отно-сительно малы, и ими в данном случае можно пренебречь. Наличие высших гармонических придает намагничивающему току резко заостренную форму.

 

Экспериментальная часть

1) Собрать схему экспериментальной установки.

2) Проследить изменение формы кривой тока х.х. при различном насыще-нии сердечника трансформатора.

3) Зарисовать кривую тока х.х. при величине напряжения U ₁ = 0,5 U _н; U ₁ = U _н; U ₁ = 1,25 U _н; U ₁ = 1,5 U _н.

 

Расчеты и построения

 

1) Привести осциллограммы тока х.х. для различных режимов.

2) Рассчитать индукцию в сердечнике трансформатора при различном

насыщении и построить кривую намагничивания сердечника

3) Пользуясь кривой намагничивания, построить теоретические кривые тока

х.х., сравнить с полученными экспериментально.

ia

Рис. 9

 

Методические указания

 

Для проведения экспериментальной части работы необходимо собрать схему, приведенную на рис. 10. В качестве испытуемого трансформатора реко-мендуется взять среднюю фазу трехстержневого трансформатора. Можно исполь-зовать однофазный трансформатор. Методика проведения работы не изменится. Питание через обмотку подается на обмотку НН с таким расчетом, чтобы можно было поднять напряжение на ней до 1,5 U _н.

Кривую тока можно снять, используя в качестве шунта обмотку амперметра. Внимание! Обмотку амперметра КИП использовать нельзя! В этом случае в качестве шунта используется несколько витков ползункового реостата (разумеется, если его обмотка рассчитана на ток не меньше того, который будет иметь место в процессе опыта).

Рекомендуется опыт начинать с напряжения питания, равного 1,5 U _н. При этом настраивается осциллограф, и в процессе всего опыта настройка его не меняется.

При U = 1,5 U _н с экрана осциллографа необходимо срисовать (на кальку или прозрачную бумагу) кривую тока х.х. и записать показания приборов в табл. 7. Затем напряжение питания снижается, и показания приборов также заносятся в табл. 7. При U = U _н необходимо вновь снять с экрана осциллографа кривую тока х.х., желательно на ту же кальку, что и ранее (если регулировка осциллографа не изменялась). Далее опыт продолжается до U = 0,5 U _н.

 

Рис. 10

 

Расчет индукции в сердечнике трансформатора проводится на основании формулы (16), число витков обмотки и сечение стержня даны в паспорте. В случае отсутствия паспортных данных можно принять при номинальном напряже-нии В _с.н= (1,58–1,68) Т и далее изменять ее пропорционально напряжению.

При расчете В _с и построении кривой намагничивания пренебрегаем падением напряжения в первичной обмотке и потерями в стали трансформатора,

т. е. считаем U ₁ = E ₁ и

Построение кривой тока х.х. показано на рис. 9. Вначале следует начертить кривую намагничивания в удобном масштабе. Затем на этой кривой отмечается точка, соответствующая напряжению питания, равному номинальному (по соот-

ветствующему току I _{0 m}). Ордината данной точки В _{c m} переносится в левую часть чертежа, где нужно построить синусоиду с амплитудой, равной В _{c m} . Далее, используя построенную синусоиду и кривую намагничивания, легко построить

кривую тока х.х. (на рис. 9 процесс построения показан стрелками).

Аналогично производится построение для U ₁ = 0,5 U _ни U ₁ = 1,5 U _н.

 

Таблица 7

 

Таблица экспериментальных и расчетных данных

 

U 1	0,25 U н	0,5 U н	0,75 U н	U н	1,25 U н	1,5 U н
U 2, B
I 0, A
I 0 m, A
B c m , Т

 

Для сравнения построенной кривой с полученной экспериментально (снятой с экрана осциллографа) последнюю следует перестроить в том же мас-

штабе по осям тока и времени путем обычного пересчета.

Все построения (для различных напряжений) должны быть сделаны на одном чертеже с использованием различных цветов и видов линий. Для удобства сравнения теоретической и экспериментальной кривых выполнить их на отдельном чертеже (только для U ₁ = U _н).

В отчете необходимо дать письменные ответы на все приведенные ниже вопросы и свои замечания по результатам работы.

 

4.5. Контрольные вопросы

 

1) Какую форму кривой имеет магнитный поток в сердечнике однофазного трансформатора при синусоидальном напряжении питания?

2) От чего зависит форма кривой тока х.х.?

3) Как изменяется форма кривой тока х.х. трансформатора с увеличением напряжения питания?

4) Чем объясняется изменение формы кривой тока х.х. при изменении вели-чины напряжения питания?

5) Какое соотношение связывает величину магнитного потока в сердечнике трансформатора с приложенным напряжением?