Испытание трансформатора методом непосредственной нагрузки

Метод позволяет опытным путем снять внешнюю характеристику трансформатора.

Внешняя характеристика — это зависимость U₂ = f(I₂), где U₂ —напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора; I₂ — ток нагрузки при частоте сети f = 50 Гц и коэффициенте мощности cos j₂ — const.

Внешняя характеристика также может быть выражена зависимостью напряжения U₂ от коэффициента нагрузки b при тех же условиях, где

В этом же опыте определяют КПД трансформатора и изменение напряжения DU₂.

Электрическая схема для проведения испытаний трансформатора приведена на рис. 7.1. Питание лабораторной установки производится от сети переменного тока напряжением 220 В, а для изменения напряжения, подводимого к первичной обмотке трансформатора, используют универсальный источник питания ИП (блок 60-105).

Блок 60-105 автоматически отключается в случае перегрузки по току. На источнике питания имеется кнопка «Аварийное отключение» для экстренного отключения питания в случае непредвиденных обстоятельств.

Рис. 7.1. Принципиальная электрическая схема для проведения опытов холостого хода и непосредственной нагрузки трансформатора

Однофазный трансформатор номинальной мощностью S_ном = 100 В·А размещен в блоке 61-106. Предусмотрена возможность использования другого трансформатора мощностью S_ном = 1000 В·А.

Измерение токов и напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора производят с использованием измерительных блоков 68-117 с многопредельными амперметром и вольтметром в каждом из них. Из имеющихся пределов измерений приборов: амперметра — 1 А, 5 А, 10 А, вольтметра — 50 В, 250 В, 500 В следует выбрать необходимые значения для первичной и вторичной цепей трансформатора.

Измерение токов и напряжений можно также осуществлять виртуальной измерительной системой 68-500 с использованием программного обеспечения 65-500-USВ. Можно воспользоваться и универсальным измерительным блоком 68-100 для измерения токов, напряжений, активной и реактивной мощностей.

Измерение мощности Р₁ электрической энергии, потребляемой трансформатором из сети, производят измерительным блоком 68-200. Следует иметь в виду, что пределы измерений тока в первичной обмотке трансформатора в режиме холостого хода и в режиме номинальной нагрузки различаются примерно на порядок. Поэтому при проведении измерений необходимо внимательно следить за пределом тока I_w на переключателе блока 68-200 измерения мощности.

Ток I_w переключателя ваттметра в режиме номинальной нагрузки трансформатора выбирают таким, чтобы он был близок к I_1ном, а в режиме холостого хода I_хх = I₀ ≈ I_w ≈ 0,1I_1ном.

Учитывая, что ток I_w = I₁, цены делений с_А, с_W амперметра и ваттметра можно определить по формулам:

где I_А — ток переключателя амперметра в измерительном блоке 68-117; I_w и U_w — ток и напряжение переключателей выбора пределов в измерительном блоке 68-200; N_A и N_w — число делений амперметра и ваттметра, соответственно.

Цена деления вольтметра блока 68-117 вычисляется по формуле:

где U — предел измерения напряжения вольтметра блока 68-117;

N_v — число делений вольтметра.

Испытание трансформатора проводят при активной нагрузке, т.е. при cos j₂ = 1. Для трансформатора с S_ном = 100 В·А нагрузкой является резистивный блок 67-142, а с S_ном = 1000 В·А — используют нагрузочный реостат с допустимым током 5…7 А.

Опыт непосредственной нагрузки проводят в следующей последовательности.

1. Устанавливают токи I₁ и I_w переключателей на блоках 68-117 и 68-200, значения которых должны быть приблизительно равны номинальному току I_1ном первичной обмотки исследуемого трансформатора.

2. Выключателем S1 включают источник питания — блок 60-105. С помощью регулятора напряжения блока 60-105 устанавливают напряжение U₁ = U_1ном и в течение всего опыта поддерживают его неизменным.

3. Изменяют ток нагрузки I₂ от холостого хода (I₂ = 0) до номинального так, чтобы I₂ принимал значения, близкие к (0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0) I_2ном.,

4. Измеряют напряжение U₂ на зажимах вторичной обмотки трансформатора, токи I₁ и I₂ в первичной и вторичной обмотках и активную мощность Р₁ электрической энергии, потребляемой трансформатором из сети. Результаты измерений заносят в табл. 7.1.

Таблица 7.1

Характеристики трансформатора при U_1ном = 220 В; cos j₂ = 1; f = 50 Гц

5. Для каждого из измеренных токов I₂ вычисляют значения следующих величин:

β — коэффициент нагрузки; cos j₁— коэффициент мощности; Р₂ — мощность нагрузки; η— КПД трансформатора,

где

6. По данным измерений и вычислений строят внешнюю характеристику U₂ = f(b) трансформатора и зависимость h = f(b), как показано на рис. 7.2. Подобные характеристики могут быть построены и в абсолютных единицах в зависимости от тока I₂. По зависимости h = f(b) определяют коэффициент нагрузки b, при котором КПД трансформатора имеет максимальное значение.

Рис. 7.2. Характеристики трансформатора

7. Определяют коэффициент трансформации n, который примерно равен:

где U_1ном — номинальное напряжение первичной обмотки,U₂₀ — вторичное напряжение при холостом ходе трансформатора, т.е. при I₂ = 0.

8. Вычисляют относительное значение изменения напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора в процентах:

где напряжение на зажимах вторичной обмотки при номинальной нагрузке, т.е. при .