Опыт холостого хода трансформатора

 

В опыте холостого хода трансформатора при выключенном рубильнике p₂ (см. рисунок 1.1б) замыкают рубильник p₁ и измеряют I_X, P_X и U₂. При опыте необходимо, чтобы подведенное напряжение U₁ было равно номинальному напряжению трансформатора.

Под действием приложенного напряжения в первичной обмотке возникнет переменный ток, который будет отставать от напряжения по фазе на угол, близкий к 90°, а в магнитопроводе трансформатора возникнет переменный магнитный поток.

В этом случае действующие значения напряжений и э.д.с, наведенных в первичной и вторичной обмотках, соответственно равны

U₁ = E₁ = 4,44 f ω₁ Ф_М,

U₂ = E₂ = 4,44 f ω₂ Ф_М.,

где f – частота сети;

ω₁ и ω₂ — числа витков первичной и вторичной обмоток;

Ф_М - максимальное значение магнитного потока в магнитопроводе.

Из данных опыта холостого хода определяются коэффициент трансформации- k,. полное, активное и индуктивное сопротивления холостого хода формулы (1.1), потери в стали.

.

k = U_1н /U₂ = ω₁ / ω₂; z_x =U_1н /I_1х; r_x = P_1х /I_1х²; x_x = . (1.1)

Так как потери в меди при холостом ходе ничтожно малы, то показания ватметра в опыте можно принять за мощность потерь в стали

Р_X = P_ст.

.

1.1.2 Опыт короткого замыкания

 

В опыте короткого замыкания вторичная обмотка замыкается накоротко, а к первичной обмотке во избежание перегрева и повреждения трансформатора подводится пониженное напряжение с таким расчетом, чтобы ток находился в пределах номинального. Это напряжение называется напряжением короткого замыкания и составляет 5 ÷ 12% U_H..

Из проведенных измерений определяются: полное z_k; активное r_k и реактивное x_k сопротивления короткого замыкания формулы (1.2), потери в меди.

Z_к =U₁ /I₁; r_к = P₁ /I₁²; x_к = . (1.2)

 

Ваттметр измерит мощность Р_K = Р_M+Р_ст.K. Однако, так как U_K ≈ 0,05U_H, то индукция в стали ничтожно мала, и потерями в стали при коротком замыкании Р_ст.K можно пренебречь. Тогда мощность измеренная в опыте короткого замыкания равна мощности потерь в меди

Р_K = P_M.

Первичная мощность трансформатора

Ρ₁ = U₁ I₁ cos φ₁.

Вторичная мощность трансформатора

Ρ₂ = U₂ I₂ cos φ₂.

Разность между первичной P₁ и вторичной P₂ мощностями представляет собой мощность потерь. Потери в трансформаторе состоят из двух частей: 1) потери в меди обмоток Р_M и 2) потери в стали трансформатора от гистерезиса и вихревых токов Р_ст = Р_г + Р_с.

Мощность потерь в меди обмоток

P_M = I₁² r₁ + I₂² r₂.

Для данного трансформатора Ρ_M зависит только от его нагрузки.

Коэффициент полезного действия трансформатора представляет собой отношение вторичной мощности Р₂ к первичной мощности P₁, т. е.

Благодаря отсутствию в трансформаторе вращающихся частей, потери его относительно малы, а к.п.д. высок, достигая для трансформаторов большой мощности 98 - 99 %.

Программа выполнения работы

 

1.2.1 Применяя блоки и элементы программного обеспечения Matlab Simulink, набрать модель исследования однофазного трансформатора (рисунок 1.2). Установить параметры элементов модели в соответствии с вариантом задания, выданным преподавателем.

1.2.2 Включить трансформатор вхолостую и измерить первичное и вторичное напряжения U₁, и U₂. Измерить мощность холостого хода Ρ_X и ток холостого хода I_X. Подсчитать коэффициент трансформации, полное, активное и индуктивное сопротивления холостого хода, потери в стали и отношение (I_1х /I_1Н)100%.

1.2.3 Произвести изменения в модели для проведения опыта короткого замыкания и измерить: напряжение при коротком замыкании U_K, мощность короткого замыкания Р_K, и ток в первичной обмотке I₁= I_H.

1.3.4 Подсчитать полное, активное и реактивное сопротивления короткого замыкания, u_K = (U_K/U_H)100%..

1.2.4 Подключить нагрузку ко вторичной обмотке, в первичной установить номинальное напряжение. Измерить ток в первичной и вторичной обмотке, напряжение во вторичной обмотке. Зарисовать осциллограммы тока и напряжения в первичной и вторичной обмотках. Определить к.п.д. трансформатора.

 

Содержание отчета

1.3.1 Цель и программа работы

1.3.2 Расчеты необходимых параметров.

1.3.3 Схема модели.

1.3.4 Результаты измерений, осциллограммы

1.3.5 Анализ полученных результатов, выводы.

2 Лабораторная работа. Применение метода структурного моделирования при исследовании работы электродвигателя постоянного тока

Цель работы: с помощью программного обеспечения Matlab на базе математического описания электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением набрать модель электродвигателя и исследовать его работу.