Коэффициент полезного действия трансформатора

Под коэффициентом полезного действия трансформатора η понимается отношение активной мощности нагрузки Р2 к активной мощности, потребляемой из сети, Р1, измеренной в ваттах (Вт):

,

где β - коэффициент загрузки, равный ;

SHT- номинальная мощность трансформатора (В·А);

cosφ2 - коэффициент мощности нагрузки.

В общем случае η находят по следующей формуле:

,

 

где Рм и Рст – потери в меди обмоток и в сердечнике, определяемые из опытов короткого замыкания и холостого хода.

Из анализа данного выражения следует, что коэффициент полезного действия ŋ зависит от коэффициента нагрузки β и коэффициента мощности cosφ2.

 

Внешняя характеристика трансформатора

Под внешней характеристикой трансформатора понимается зависимость напряжения на нагрузке от тока нагрузки U2 =ƒ(I2)

 

Эту характеристику можно построить по двум точкам:

Точка а – режим холостого хода, когда U2=U20 (I2=0);

Точка b, когда напряжение U2 и ток I2 равны номинальным

(расчетным) значениям.

 

Соединяя точки а и прямой линией, получим приближенную внешнюю характеристику трансформатора.

Допустимое отклонение напряжения на потребителе не должно отличаться более чем на 5%.

 

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с контрольно – измерительными приборами и аппаратами, предназначенными для выполнения работы.

Технические данные исследуемого трансформатора

Sном = 500В·А; U1ном = 120В; U2ном = 12 В

2. Рассчитать номинальные токи трансформатора по следующим формулам:

Для первичной обмотки I1ном = Sном/ U1ном (А),

Для вторичной обмотки I2ном = Sном/ U2ном (А),

3. Убедиться, что автомат QF4(А4) находится в отключенном состоянии.

 

Опыт короткого замыкания

4. Собрать схему согласно рис. 4 и предъявить для проверки преподавателю.

 

ВНИМАНИЕ! Схему без проверки не включать!

Соблюдайте правила техники безопасности!

 

 

Рис. 4. Схема опыта короткого замыкания:

Т1 - понижающий трансформатор,

Т2 - испытуемый трансформатор.

 

5. Убедиться, что движок резистора R1 находится в положении «0».

6. Включить автомат QF4(A4) и движком резистора R1 установить такое напряжение U1k, чтобы токи в первичной и вторичной обмотке были равны их номинальным значениям

I1k = I1Н, I2k=I2Н

7. Записать показания приборов в таблицу 1.

 

 

Таблица 1.

Установить	Измерить	Рассчитать
U1k, В	I1k, А	I2k, А	РМ, Вт	Zk, Ом	Rk, Ом	Xk, Ом	cosφk

 

8. Показать результаты измерений преподавателю.

9. Выключить автомат QF4(A4).

10. Разобрать схему.

 

Опыт холостого хода

Собрать схему согласно рис. 5 и предъявить для проверки преподавателю.

ВНИМАНИЕ! Схему без проверки не включать!

 

 

 

Рис. 5. Схема опыта холостого хода и исследования трансформатора под нагрузкой.

 

Убедиться, что рубильник S разомкнут. Включить автомат QF4(A4).

Снять показания приборов и записать в таблицу 2.

 

 

Таблица 2.

Измерить	Рассчитать
U10 В	I10 А	U20 В	PСТ Вт	K	Z0 Ом	R0 Ом	X0 Ом	Cosφ0

 

Отключить автомат QF4(A4).

Показать результаты измерений преподавателю.

Формулы для расчета параметров опыта холостого хода:

– полное сопротивление Ом;

– активное сопротивление первичной обмотки в режиме х.х. Ом, где Рст – потери в стали, измеренные ваттметром;

– индуктивное сопротивление Ом;

– коэффициент мощности ;

– коэффициент трансформации .

 

Нагрузочный режим

Включить автомат QF4(A4).

Включить нагрузку RН во вторичную цепь трансформатора рубильником S (нагрузка активная – рис. 5). Снять показания приборов и записать в таблицу 3.

 

 

Таблица 3.

ИЗМЕРИТЬ	РАССЧИТАТЬ
U1 В	I1Н А	U2Н В	I2Н А	P1 Вт	P2 Вт	β	ŋ

 

Формулы для расчета нагрузочного режима:

– мощность нагрузки Вт;

– коэффициент нагрузки ;

– коэффициент полезного действия .

 

Обработка результатов

1. Вычислить все величины, входящие в табл. 1-3.

2. Построить внешнюю характеристику трансформатора ƒ(I2) по двум точкам, соответствующим режиму холостого хода (табл. 2) и режиму номинальной нагрузки (табл. 3).

3. Рассчитать и построить характеристику η=ƒ зависимости коэффициента полезного действия трансформатора от отдаваемой трансформатором мощности.

Коэффициент полезного действия трансформатора может быть определен по формуле:

,

 

где Р2Н - отдаваемая трансформатором мощность при номинальной нагрузке;

Рст и Рм - потери в стали и меди соответственно;

– коэффициент, учитывающий величину загрузки трансформатора.

Потери в стали зависят только от величины магнитного потока в сердечнике и при постоянстве напряжения, подводимого к трансформатору, остаются неизменными при изменении нагрузки.

Потери в меди пропорциональны квадрату тока нагрузки и, следовательно, квадрату коэффициента β.

Расчет КПД при разных нагрузках приводится в форме табл. 4 для указанных в таблице значений β.

Таблица 4.

Коэффи- циент нагрузки β	Величина нагрузки βР2Н	Потери в стали Рст	Потери в меди β^2Рм	Полные потери Рст+ β^2Рм	КПД η
1/10
1/4
1/2
3/4
4/4
5/4

 

 

По данным табл. 4 в одних осях координат построить характеристики:

– потери в меди ƒ ;

– потери в стали Рст (не зависят от нагрузки, на графике представляют линию, параллельную оси абсцисс);

– полные потери ƒ ;

– η=ƒ .

Сделать вывод, при какой загрузке трансформатора коэффициент полезного действия максимален.

 

 

Контрольные вопросы

1. Назначение, конструкция и принцип действия трансформатора.

2. Что такое коэффициент трансформации?

3. От чего зависят электрические и магнитные потери в трансформаторе?

4. Для чего магнитопровод трансформатора выполняют из отдельных листов электротехнической стали?

 

 

Лабораторная работа №2