Практическая работа "Определение коэффициента трансформатора и токов в обмотках трансформатора "

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

Тема Определение коэффициента трансформатора и токов в обмотках трансформатора

Цель: Приобрести навыки расчета основных параметров однофазных трансформаторов.

Студент должен

знать:

-         технические параметры однофазного трансформатора;

уметь:

-         рассчитывать основные параметры однофазных трансформаторов.

Краткие сведения

Основными параметрами трансформаторов являются:

1)     Номинальная мощность S_ном. Это полная мощность (кВА), которую трансформатор, установленный на открытом воздухе, может непрерывно отдавать в течение своего срока службы (20…25 лет) при номинальном напряжении.

2)     Номинальное первичное напряжение U_номl. Это напряжение, на которое рассчитана первичная обмотка трансформатора.

3)     Номинальное вторичное напряжение U_ном2. Это напряжение на выводах вторичной обмотки трансформатора при холостом ходе и номинальном первичном напряжении. При нагрузке вторичное напряжение U₂ снижается из-за потерь в трансформаторе.

4)     Номинальный первичный и вторичный токи I_ном1 и I_ном2. Это токи, вычисленные по номинальной мощности и номинальным напряжениям. Для однофазного трансформатора

                                                           (1.1)

где η - к.п.д. трансформатора.

Эта величина близка к 1,0 из-за малых потерь в трансформаторе. На практике при определении токов принимают η =1,0.

Трансформаторы чаще всего работают с нагрузкой меньше номинальной. Поэтому вводят понятие о коэффициенте нагрузки к_н, который равен отношению мощности, отдаваемой трансформатором потребителю к номинальной мощности трансформатора. Значения отдаваемых трансформатором активной и реактивной мощностей зависят от коэффициента мощности потребителя cos φ₂:

P₂ = S_ном · cos φ₂;       Q = S_ном φ sin φ₂.                                      1.2)

В трехфазных трансформаторах отношение линейных напряжений называют линейным коэффициентом трансформации, который равен отношению чисел витков обмоток, если они имеют одинаковые схемы соединения (Υ/Υ и ∆/∆). При других схемах коэффициент трансформации находят по формулам:

   при соединении ∆/Υ

      при соединении  Υ/ ∆

Рисунок 1.1 - Схема подключения ламп к трансформатору

Пример  1

К электрической сети напряжением 220 В необходимо подключить через понижающий однофазный трансформатор 5 ламп накаливания мощностью по 60 Вт каждая, рассчитанные на пониженное напряжение 24 В. Коэффициент мощности ламп cosφ = 1. Используя таблицу 6, подобрать необходимый для работы трансформатор. Определить рабочие и номинальные токи обмоток трансформатора, коэффициент трансформации и коэффициент нагрузки. Потерями в трансформаторе пренебречь. Схема подключения ламп к трансформатору изображена на рисунке 1.1

Таблица 1.1 - Технические данные трансформаторов серии ОСМ

Тип трансформатора	Номинальная мощость S, кВА	Номинальное напряжение		Ток холостого хода i 0, %	Напряжение короткого замыкания uк, %
		первичное U1ном, В	вторичное  U2ном, В
ОСМ – 0,063	0,063	220, 380, 660	12, 24, 36, 42, 110, 220	24	12,0
ОСМ -0,100	0,100			24	9,0
ОСМ -0,160	0,160			23	7,0
ОСМ -0,250	0,250			22	5,5
ОСМ -0,400	0,400			20	4,5

Примечание:

1.  ОСМ - 0,25 -трансформатор однофазный, сухой, многоцелевого назначения, номинальная мощность 0,250 кВ А. Номинальное первичное напряжение может быть 220, 380 или 660 В. Номинальное вторичное напряжение может быть 12, 24, 36, 42, 110 или 220 В.

2. Возможно сочетание любого первичного напряжения с любым вторичным.

Решение

1.   Активная мощность, отдаваемая трансформатором нагрузке (лампам накаливания)

Р ₂ =  Р_ламп n _ламп =

2.  Так как нагрузка на трансформатор чисто активная (соsφ₂= 1), то поэтому полная мощность трансформатора должна быть не менее

 Пользуясь таблицей 6 выбираем трансформатор ОСМ-0,400

Его технические данные:

Номинальная мощность S_ном =400 ВА

Номинальное первичное напряжение трансформатора U_1ном = 220В.

Номинальное вторичное напряжение U_2ном=24В.

Ток холостого хода i ₀=20 % от I _1ном

Напряжение короткого замыкания u_к  = 4,5 % от U _1ном

3.   Так как потерями в трансформаторе пренебрегаем, то коэффициент трансформации трансформатора

К = U_1ном/U_2ном = 220/24 =9,17

4. Номинальный ток в первичной, обмотке трансформатора

I _1ном= S_ном / U_1ном =400/220 = 1,82 А,

номинальный ток во вторичной обмотке трансформатора              

I _2ном = S_ном / U_2ном =400/24 = 16,7 А

 5. Коэффициент нагрузки

6. Рабочие токи в обмотках трансформатора при фактической нагрузке в первичной обмотке:

I₁ = К_нг × I_1ном = 0,75 × 1,82 = 1,36 А,

во вторичной обмотке:

I₂=К_нг.I_2ном=0,75 × 16,7 =12,5 А.

Ход работы

Задание содержит задачу на расчет однофазного трансформатора. Для каждого варианта необходимо выполнить следующее:

1)     Произвести расчеты для задачи. Расчеты сопровождайте пояснениями.

2)     Изобразить схему включения однофазного трансформатора в соответствии с заданием. При изображении схемы соблюдайте правило начертания схем и элементов.

3)     Подготовить ответы на контрольные вопросы.

4)     Оформить отчет по практической работе.

Задача

Для освещения рабочих мест применили в  целях безопасности лампы накаливания одинаковой мощности, рассчитанные на пониженное напряжение. Для их питания   установили однофазный понижающий трансформатор. Схема присоединения ламп к трансформатору приведена на рис.1.  

Известны:

S_ном - номинальная мощность трансформатора;

U_1ном, U _2ном - номинальные напряжения на зажимах первичной и вторичной обмоток

трансформатора;

Р_ламп-  мощность одной лампы;                                                    

n _ламп - количество ламп подключенных к трансформатору; 

Определить:

I _1ном, I _{2 ном}- номинальные  токи, на которые  рассчитаны первичная  и вторичная обмотки трансформатора;

I ₁, I₂ - фактическое значение токов в обмотках трансформатора при заданной нагрузке;

К_нг - коэффициент нагрузки трансформатора;

К - коэффициент трансформации трансформатора

Данные для своего варианта взять из таблицы 1.2

Таблица 1.2 - Исходные данные к задаче

№ варианта	Sном , ВА	U1ном, В	U 2ном , В	Рламп , Вт	n ламп , штук
1	2	3	4	5	6
1	400	220	36	25	12
2	250	380	24	40	5
3	160	660	12	15	8
4	100	220	24	25	3
5	400	380	12	40	8
6	250	660	36	60	3
7	160	220	12	25	5
8	100	380	36	40	2
9	400	660	24	60	6
10	250	220	12	25	8
11	160	380	24	40	3
12	100	660	42	25	4
13	63	220	24	15	4
14	400	380	36	25	15
15	250	660	42	40	6
16	160	220	12	60	2
17	100	380	24	15	6
18	63	660	36	25	2
19	400	220	42	40	9
20	250	380	110	60	4
21	250	660	36	60	3
22	400	220	36	25	12
23	63	380	24	60	1
24	400	660	36	60	6
25	250	220	42	40	5
26	160	380	110	25	6
27	100	660	220	15	5
28	63	220	12	15	3
29	400	380	24	25	14
30	250	660	36	40	5

Контрольные вопросы

1)     Приведите определения номинальных параметров трансформатора: мощности; напряжений обмоток; токов.

2)     Что определяет коэффициент нагрузки трансформатора?

3)     Как изменяется вторичное напряжение при увеличении нагрузки и почему?

4)     Как изменится соотношение между активной и реактивной мощностями, отдаваемыми трансформатором, при увеличении коэффициента мощности потребителя до 1,0?

Содержание отчета

1)    Наименование, номер, тема и цель работы.

2)    Решение задачи с пояснениями.

3)    Схема включения однофазного трансформатора.

4)    Вывод по работе

5)    Ответы на контрольные вопросы.