Исследование однофазного автотрансформатора при различных коэффициентах трансформации

РАССМОТРЕНЫ
на заседании ЦМК профессий и специальностей электроэнергетики и общетехнических дисциплин
от ____   ____________ 20___ г.
Протокол № ___

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Тема: Исследование однофазного автотрансформатора при различных коэффициентах трансформации

Специальность 13.02.11

Техническая эксплуатация и обслуживание электрического

и электромеханического оборудования (по отраслям)

Разработал:

преподаватель

Казаков Владимир Маркелович

г. Канаш 2017

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Тема: Исследование  однофазного автотрансформатора при различных коэффициентах трансформации

Цель: Экспериментально подтвердить особые свойства автотрансформатора сравнением его параметров с параметрами трансформатора, полученными при исследовании совмещенной модели.

Студент должен знать:

-         устройство автотрансформаторов, особенности рабочего процесса, достоинства и недостатки по сравнению с обычными двухобмоточными трансформаторами;

-         область  применения автотрансформаторов; 

уметь:

-         собирать схемы понижающего трансформатора, понижающего автотрансформатора, повышающего автотрансформатора и выполнять к ним опыты х. х. и номинальной нагрузки.

Теоретическое обоснование

Совмещенная модель трансформатора и автотрансформатора представляет собой однофазный трехобмоточный трансформатор, состоящий из магнитопровода (стержневого или броневого) и трех одинаковых электрически не связанных между собой обмоток. Различные комбинации соединения этих обмоток дают возможность исследовать все предлагаемые в данной работе варианты. Опытное исследование всех этих вариантов на одной модели позволяет сравнить результаты экспериментов и дать сравнительную оценку свойствам трансформатора и автотрансформатора (повышающего и понижающего). Обычно мощность исследуемой совмещенной модели невелика (300…500 ВА) и поэтому проста в изготовлении. Небольшая мощность модели способствует упрощению электрических схем исследования (включение ваттметров без трансформаторов тока и напряжения).

Задавшись размерами  магнитопровода, определим число витков одной обмотки совмещенной модели

w = 0,95U/(4.44fB_cS_ck_c) (4.1)

где U- напряжение на выводах обмотки, В;

f - частота тока, Гц;

В_c - магнитная индукция в стержне магнитопровода, Тл;

S_c - площадь поперечного сечения стержня, м²;

k_c - коэффициент заполнения магнитопровода сталью (при толщине листов 0,35 мм и с = 0,90).

В стержне магнитопровода броневого типа из тонколистовой горячекатаной электротехнической стали марок 1211 или 1511 при частоте тока f  = 50 Гц магнитная индукция В_с= 1,20…1,35 Тл, а в магнитопроводе из холоднокатаной стали марок 3411, 3412 или 3413 индукция В_с = 1,50…1,65 Тл. При анализе резуль­татов лабораторной работы сравнивают параметры совмещенной модели в различных режимах ее работы. При этом дают объяснение различию одного и того же параметра при работе модели в различных режимах. Рассмотрим сравнение некоторых параметров.

1) Номинальное изменение напряжения при нагрузке ∆U_ном у автотрансформатора меньше, чем у трансформатора. Это объясняется тем, что падение напряжения во вторичной цепи автотрансформатора меньше, чем у трансформатора, так как в автотрансформаторе оно вызывается током

I₁₂ = I₂ – I₁

а в трансформаторе током I₂ (сравните величины этих токов по результатам измерений).

2) Сравнивая электрические потери на нагрев обмоток Р_э, следует иметь в виду, что эти потери в автотрансформаторе меньше, чем у трансформатора, так как у автотрансформатора всего лишь одна обмотка, да к тому же на общем участке ее витков, принадлежащих первичной и вторичной цепям, ток I₁₂ намного меньше вторичного тока трансформатора. Этим же, в частности, объясняется и более высокий КПД автотрансформаторов.

3) Ток х. х. повышающего автотрансформатора несколько больше, чем у  понижающего. Объясняется это тем, что в понижающем авто трансформаторе первичная МДС создается двумя последовательно соединенными обмотками, а в повышающем - лишь одной.

Рисунок 4.1 - Схемы соединений для исследования автотрансформатора:

а - понижающий трансформатор; б - понижающий автотрансформатор; в - повышающий  автотрансформатор

Ход работы

Исследование понижающего трансформатора. После сборки схемы по рисунку 4.1, апровести опыт х. х. трансформатора.

Для этого при разомкнутом рубильнике 2включить рубильник 1и регулятором РНО установить номинальное первичное напряжение. Снять показания приборов и занести их в таблицу 4.1.

Затем провести опыт номинальной нагрузки трансформатора. Для этого замкнуть рубильник 2и при номинальном первичном напряжении нагрузочным реостатом R_нустановить номинальный ток нагрузки во вторичной обмотке трансформатора I_2ном. При этом снять показания приборов и занести их в таблицу 3.1.

Исследование понижающего автотрансформатора. Понижающий автотрансформатор по схеме, показанной на рисунке 4.1, б, имеет такой же коэффициент трансформации, что и понижающий трансформатор (рисунок 4.1, а). После сборки схемы понижающего автотрансформатора и проверки ее преподавателем провести опыт х. х. (при разомкнутом рубильнике 2) и опыт номинальной нагрузки (при замкнутом рубильнике 2). Порядок проведения опы­тов такой же, как и для понижающего трансформатора.

Исследование повышающего автотрансформатора. Собрав схему по рисунку 4.2, в, после проверки ее преподавателем проводят сначала опыт х. х., а затем опыт номинальной нагрузки, где за номинальный ток нагрузки I_2ном принимают такое его значение, при котором ток в первичной обмотке равен допускаемому значению I_1доп.

После заполнения таблицу 4.1 результатами измерений выполняют расчеты: номинальное изменение вторичного напряжения при нагрузке (%)

              (4.2)

сумма потерь в трансформаторе (Вт)

∑ P  =P₁ – P₂                                                                             (4.3)

электрические потери (Вт)

Р_э = ∑P – Р₀                                                                           (4.4)

КПД (%)

η = (Р₂/Р₁)100                                                 (4.5)

Таблица 4.1 – Снятые характеристики

Режим работы совмещенной

Измерение

Вычисления

U1, В

U20, В

I0, А

P0, Вт

I1, А

P1, Вт

I2ном, А

U2, В

P2, Вт

I12, А

∆Uном, В

∑ P,Вт

Pэ, Вт

η,%

Трансформатор понижающий

Автотрансформатор понижающий

Автотрансформатор повышающий

Контрольные вопросы

1)    В чем состоит конструктивное различие между трансформатором и автотрансформатором?

2)    Объясните принцип передачи мощности из первичной цепи во
вторичную у трансформатора и у автотрансформатора.     

3)    Каковы достоинства автотрансформатора перед трансформатором?

4)    При каких значениях коэффициента трансформации применение автотрансформатора наиболее выгодно?

5)    Каковы недостатки автотрансформатора, ограничивающие его применение?

6)    Почему токи х. х. у понижающего и повышающего автотрансформаторов неодинаковы?

Содержание отчета

1)    Номер, тема и цель работы.

2)    Рисунок 4.1 - Схемы соединений для  исследования  автотрансформатора.

3)    Ход работы.

4)    Ответы на контрольные вопросы.

5)    Вывод о проделанной работе.

Литература

1)    Кацман М. М. Электрические машины – М.: Высшая школа, 2000, с. 72…75.