ВПО ФГОУ РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. П.А.КОСТЫЧЕВА

КАФЕДРА

Электротехники, электрооборудования и автоматики

Рабочая тетрадь

Для выполнения лабораторных работ по дисциплине

“ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ”

Часть 1. Трансформаторы

для студентов специальности 110302

«Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»

(ф.и.о.)

факультета курса группы

Рязань 2009 г.

Авторы : Кипарисов Н.Г., к.т.н., доцент; Васильев С.С., аспирант. Под общей редакцией д.т.н., профессора Гришина И.И.

Рецензент :

Одобрено методической комиссией инженерного факультета Рязанского агротехнологического университета им. П.А.Костычева.

П ротокол № от « » 2009 г.

Содержание

стр.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. ИЗУЧЕНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА……………………………………..……………..

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОДНОФАЗНОГО

ТРАНСФОРМАТОРА…..……………………………………………….

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. ИЗУЧЕНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО

СОЕДИНЕНИЯ ОДНОФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ…………

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ НАГРЕВА И ОСТЫВАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА ………………………………

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. ИЗУЧЕНИЕ ОДНОФАЗНОГО

АВТОТРАНСФОРМАТОРА………………………………………………

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6. ИЗУЧЕНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ

ПРОЦЕССОВ В ТРАНСФОРМАТОРЕ………………………………….

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7. ИЗУЧЕНИЕ ТРЕХФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ..…………………………………………………….

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8. ИЗУЧЕНИЕ СХЕМ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРЕХФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА Y/Y, Y/Yн , Yн/Y, Yн/Yн…..

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9. ИЗУЧЕНИЕ СХЕМ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРЕХФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА Y/ , /Y, Yн/ , /Yн……………………………………………. ……………………………..

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10. ИЗУЧЕНИЕ СХЕМ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРЕХФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА Y/Z , Yн/Z., Y/Zн , Yн/Zн….

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРУПП

СОЕДИНЕНИЯ ТРЕХФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА……………

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12. ИЗУЧЕНИЕ ТРЕХФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ПРИ РАБОТЕ НА ВЕНТИЛЬНЫЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ……………………………………………………

Литература……………………………………………………………………

Лабораторная работа № 1 изучение однофазного трансформатора

Цель работы: изучение основных закономерностей в работе трансформатора и приобретение навыков обращения с трансформатором.

Краткие теоретические сведения.

Трансформатором называют статический электромагнитный преобразователь величин переменных напряжений и токов посредством электромагнитной индукции. Эквивалентная Т-образная схема замещения однофазного трансформатора представлена на рис 1.1.

R₁ j X₁ j X₂^/ R₂^/

. .

I₁ I₂^/

R_m

. . . .

U₁ Е₁ Е₂^/ U₂^/ Zн ^/

. j X_m

I₀

Рис.1.1. Эквивалентная схема трансформатора.

Zк=R₁+j X₁+j X₂^/+R₂^/ - сопротивление короткого замыкания.

R₁+R₂^/ -суммарное сопротивление первичной обмотки и приведенного сопротивления вторичной обмотки соответственно. В двухобмоточном трансформаторе часто R₁ R₂^/ .

j X₁+j X₂^/ суммарное сопротивление индуктивностей рассеяния первичной обмотки и приведенного сопротивления индуктивности рассеяния вторичной обмотки.

Zm= Rm + j Xm- сопротивление цепи намагничивания.

X₂^/ , R₂^/ , Е₂^/ , U₂^/ , I₂^/, Zн ^/ -приведенные (пересчитанные) к первичной обмотке параметры трансформатора Zн ^/ = Zн К²; Rн ^/ =Zн ^/ cos ;

Хн ^/ =Zн ^/ sin , Е₂^/ =К Е₂ , U₂^/=К U₂ . I₂^/= I₂/К.

Трансформаторы выполняют однофазными и многофазными. Трансформаторы содержат две и более электрически изолированные обмотки.

Магнитопровод трансформатора для уменьшения потерь набран из пакета электрически изолированных пластин электротехнической стали. Участок магнитопровода с обмоткой называется стержнем, остальная часть магнитопровода называется ярмом.

На холостом ходу в обмотке, подключенной к сети, протекает переменный намагничивающий ток с частотой и действующим значением первой гармоники Io. Намагничивающий ток создает магнитный поток ф(t) =Фм Sin( t) в магнитопроводе. Фм –амплитудное значение магнитного потока, Вб. Намагничивающий ток несинусоидален и содержит первую и нечетные высшие гармонические составляющие, но в нелинейном магнитопроводе поток Ф(t) синусоидален и создает синусоидальную эдс е(t) = Е Sin( t) во всех обмотках трансформатора. Е=4.44 f В_m S W, где Е-действующее значение эдс, Е_m= Е, f- частота тока, Гц; В_m- амплитуда индукции, (обычно 1.4…1.6 Тл); W- число витков обмотки, S-площадь сечения магнитопровода, м². Основная часть потока Ф распространяется по магнитопроводу через все обмотки трансформатора, малая часть потока повторяет форму намагничивающего тока и распространяется по воздуху, не пересекая остальные обмотки трансформатора и создает поток рассеяния, иногда существенный.

Эдс первичной обмотки Е₁ в каждый момент времени противоположна по знаку приложенному напряжению U₁, близка к нему по величине ( практически уравновешивает его, рис.1.1.), поэтому ток намагничивания I₀ мал и не зависит от загрузки трансформатора.

Рис.1.2. Векторная диаграмма трансформатора на холостом ходу.I_0r -реактивная часть намагничивающего тока; I_0а -активная часть намагничи- вающего тока; Х₁- сопротивление индуктивности рассеяния первичной обмотки; R₁- сопротивление первичной обмотки; I W- магнитодвижущая сила F, измеряется в амперах.

При работе под нагрузкой выполняется равенство.

где I_i и W_i сила тока и число витков соответствующих обмоток. Амплитудное значение потока Фм мало зависит от тока вторичной обмотки I₂, ток I₀ мал,

Величина намагничивающего тока Iо под нагрузкой не изменяется и составляют несколько процентов от номинального тока I₁. Можно считать, что I₁ W₁ I₂ W₂ или I₁ / I₂ W₂ / W₁. Таким образом изменение тока во вторичной обмотке I₂ сопровождается изменением тока первичной обмотке I₁ при сохранении соотношения I₁ / I₂ W₂ / W₁. Отношение большего значения эдс к меньшему значению называется коэффициентом трансформации К, который больше единицы. К= W₁/ W₂ = I₂ /I₁ = Е₁ / Е_2.. (При условии W₁> W₂ ). Часто вместо отношения эдс используют отношение напряжений U₁ / U₂. Трансформатор преобразует величины напряжений и токов в обмотках и передает мощность из обмотки в обмотку. При этом достаточно точно выполняется соотношение S₁= I₁ U₁= I₂ U₂ =S₂ – полная мощность S, (ВА).

Величины сопротивлений из вторичной обмотки пересчитываются в первичную через квадрат коэффициента трансформации К. Zн ^/ = Zн К²;

На холостом ходу величина тока намагничивания Iо увеличивается нелинейно в зависимости от приложенного к обмотке напряжения. Обычно величину номинального напряжения, питающего трансформатор, выбирают на границе резкого увеличения тока намагничивания (начало насыщения магнитопровода) для более полного использования материала магнитопровода.

На холостом ходу эдс Е₂ и напряжение вторичной обмотки U_2хх (генераторное напряжение) на 5-10 процентов больше номинального напряжения U_2ном.

В однофазном трансформаторе выводы обмотки большего напряжения обозначают латинскими буквами А и Х, а выводы обмотки меньшего напряжения обозначать буквами а и х. Фазы напряжения на выводах А и а совпадают.

Перед включением трансформатора следует проверить исправность изоляции обмоток и ее увлажненность. Сопротивление изоляции можно проверить мегаомметром. Увлажненность изоляции проверяют методом коэффициента абсорбции (объемного поглощения) по отношению сопротивлений изоляции через 60 с и 15 с после начала измерений. В сухой обмотке коэффициент абсорбции имеет величину 2-3, во влажной около единицы.

В процессе работы из-за потерь в стали магнитопровода на гистерезис и вихревые токи (1.5-2 Вт/кг), потерь в обмотках трансформатор нагревается до 70-95 ⁰С. Для охлаждения трансформатора применяют трансформаторное масло (во взрывоопасных помещениях совтол) или воздух. Соответственно трансформаторы называют масляными или сухими. Циркуляция воздуха и масла бывает естественной и принудительной, системы охлаждения установлены стандартами. Масло в трансформаторе также повышает электрическую прочность изоляции и должно отвечать ряду специальных требований.

При протекании нагрузочного тока по обмоткам происходит падение напряжения на сопротивлении короткого замыкания Zк=R₁+j X₁+j X₂^/+R₂^/. Величина Zк относительно мала. Протекание тока по Zк изменяет напряжение на вторичной обмотке U₂ по сравнению с напряжением холостого хода U_2хх. Зависимость напряжения U₂ от тока I₂ называется внешней характеристикой.