ЛАБЫ ВСЕ ПРИНЯТЫ / 1 лб
.pdfМИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральноегосударственноеавтономноеобразовательноеучреждениевысшегообразования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙТОМСКИЙПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ»
Школа базовой инженерной подготовки Отделение общетехнических дисциплин
«ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХОБМОТОЧНОГО ТРЕХФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ПРИ СИММЕТРИЧНОЙ НАГРУЗКЕ»
Отчет по лабораторной работе
ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ 1
по дисциплине:
ЭМиА
Исполнитель: |
|
|
|
студенты |
5А06 |
Сергеев Алексей Сергеевич |
24.09.2022 |
|
|||
|
|
Арефьев Александр Владимирович |
|
Руководитель: |
|
|
|
К.т.н. доцент |
|
Бейерлейн Евгений Викторович |
|
Томск – 2022
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучить основные элементы конструкции, принцип действия трансформатора; провести опыты холостого хода и короткого замыкания; исследовать эксплуатационные характеристики.
ОПЫТ ХОЛОСТОГО ХОДА
Холостой ход трансформатора – работа трансформатора при номинальном напряжении номинальной частоты U1Н на первичной обмотке и отсутствие тока во вторичной обмотке.
Результаты опыта холостого хода
№ |
|
|
Измерения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчёты |
|
|||||
|
U1 |
U20 |
|
|
I0 |
|
|
|
P0Ф |
|
|
Po |
|
cos |
|
K 1.9 |
||||
п/п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
В |
В |
|
|
А |
|
|
|
Вт |
|
|
Вт |
|
- |
|
IОН |
0.025A |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
1 |
|
115 |
60 |
|
0.025 |
|
|
|
0.21 |
|
|
0.63 |
|
0.073 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iОН |
1.25% |
||||||||||
2 |
|
90 |
50 |
|
0.02 |
|
|
|
0.15 |
|
|
0.45 |
|
0.076 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
PОН |
0.64Вт |
||||||||||
3 |
|
60 |
30 |
|
0.015 |
|
|
|
0.06 |
|
|
0.18 |
|
0.067 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cos ОН 0.073 |
|||||||||||
4 |
|
33 |
15 |
|
0.01 |
|
|
|
0.02 |
|
|
0.06 |
|
0.055 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
I1Н 2A ,U1Н 127В. |
|
|
|
|
||||||||||
Определение коэффициента трансформации. |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
K |
U1 |
|
115B |
1.9; |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
U 20 |
60B |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где:U 1 |
– фазное значение напряжение в первичной обмотке; |
|
|
|||||||||||||||||
U 20 – фазное значение напряжение во вторичной обмотке. |
|
|||||||||||||||||||
Oпределение коэффициента мощности. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
cos 0 |
|
Pоф |
|
|
|
0.21Вт |
|
0.073; |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
U1 I0 |
115В 0.025А |
|
|
|
|
где: Pоф – активная мощность фазы, потребляемая при холостом ходе;
U1 , I0 – фазные значения напряжения и тока в первичной обмотке.
Используя |
построенные |
характеристики холостого хода I0 f (U1 ), |
|||||||
P0 f (U1 ), cos ОН f (U1 ) |
определим номинальные значения тока холостого |
||||||||
хода IОН , мощности PОН , коэффициент мощности cos ОН . |
|||||||||
Номинальное значение тока холостого хода. |
|||||||||
|
|
i |
|
|
IОН |
|
100% |
0,025А |
100% 1.25% |
|
|
ОН |
|
|
|||||
|
|
|
|
I1Н |
|
2А |
|||
|
|
|
|
|
|
||||
Х а р а к т е р и с т и к и х о л о с т о г о х о д а : |
|||||||||
I0 f (U1 ), |
I 2 0, |
f1 const. |
|
|
|
Рис. 1 Зависимость тока холостого хода от напряжения
Характеристика имеет нелинейный вид, причем при росте напряжения изза насыщения сердечника, Хм уменьшается, вследствие чего I0 растет быстрее
U 1 , но вначале характеристика линейна.
P0 f (U1 ), I 2 0, f1 const.
Рис. 2 Зависимость мощности от напряжения
Потери холостого хода P |
изменяются примерно пропорционально |
U 2 |
||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
1 |
такой закон изменения P0 |
следует из того, что магнитные потери в сердечнике |
|||||||
при f |
1 |
const пропорциональны |
В2 , а т.к. В ~Ф |
т |
~U , то следовательно, |
P ~U 2 . |
||
|
|
|
|
|
0 |
1 |
||
cos 0 f (U1 ), I 2 0, f1 |
const. |
|
|
|
|
Рис. 3 Зависимость cos(ф) от U1
Определение параметров схемы замещения при холостом ходе
Схема замещения при холостом ходе
r1 - активное сопротивление фазы первичной обмотки.
x 1 - индуктивное сопротивление рассеяние фазы первичной обмотки.
- активное и индуктивное сопротивление ветви намагничивания.
По результатам опыта холостого хода для U1 U1Н можно найти:
Z Z |
|
|
U1 |
|
|
115В |
4600(Ом) ; |
||||
м |
|
|
|
|
|
||||||
1 |
|
|
IОН |
|
|
0,025А |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
r r |
|
|
PОН |
|
|
|
1.43Вт |
|
816(Ом) ; |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1 м |
|
|
3IОН2 |
|
3 0,0252 |
|
так как Z м >> Z1 и rм >> r1 , то можно считать
Z м |
|
U1 |
|
4600(Ом) ; |
|
|
|||||
IОН |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
r |
|
|
|
PОН |
816(Ом) ; |
|
|
||||
|
3I 2 |
|
|
||||||||
м |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
ОН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
x |
м |
|
|
Z 2 |
r2 46002 |
8162 |
4527(Ом) |
||||
|
|
|
|
м |
M |
|
|
Опыт короткого замыкания
Короткое замыкание – аварийное состояние трансформатора, потому что при замкнутой накоротко вторичной обмотке, номинальное напряжение первичной обмотки вызывает протекание в обеих обмотках токов в десятки раз превышающих номинальные.
Схема опыта короткого замыкания
Таблица №2. Результаты опыта короткого замыкания
|
|
Измерения |
|
|
Расчеты |
||
№ |
|
|
|
|
|
|
|
U1k |
I1k |
|
Pкф |
Pк |
cos к |
|
|
п/п |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
А |
|
Вт |
Вт |
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
11 |
2,25 |
16 |
48 |
0,65 |
|
|
|
|
|
|
|
|
U K 8,7% |
|
2 |
9,5 |
2 |
12,5 |
37,5 |
0,66 |
||
|
|
|
|
|
|
PКФ 16Вт |
|
3 |
8 |
1,75 |
9,2 |
27,6 |
0,66 |
||
cos K 0.65 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
4 |
7 |
1,5 |
7 |
21 |
0,67 |
U1КН 11В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
4,5 |
1 |
3 |
9 |
0,67 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U К % |
U1К |
|
100% |
|
11 |
100% 8,7% |
||||
|
|
|
|
|
||||||
|
U1Н |
|
|
127 |
|
|
||||
cos К |
|
PКФ |
|
|
16 |
0.65 |
||||
U1К I1К |
16 * 2,5 |
|||||||||
|
|
|
|
|
Характеристики короткого замыкания
IK = f(U1K)
Рис. 4 Зависимость Ik от U1
Так как индуктивное сопротивление x1 и x2' определяются потоками рассеяния, которые в основном замыкаются по воздуху или маслу, то можно
принять, что x |
К1 |
x |
x' const . |
Активные сопротивления обмоток r |
и r |
|||
|
1 |
2 |
1 |
|
2 |
|
||
также постоянны. Поэтому и |
Z К const .Отсюда, следует, что I1К |
|
U1К |
|
||||
Z К |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||
,зависимость I1К |
f (U1R ) должна иметь линейный характер. (магнитная цепь |
|||||||
трансформатора не насыщена. |
|
|
|
|
PK = f(U1K)
Рис. 5 Зависимость Pk от U1
Потери при коротком замыкании PК m1 I12К rК . Так как I1К ~ U1К , то потери будут пропорциональны U12К :
Потери короткого замыкания PК состоят из основных электрических потерь в обмотках и добавочных потерь от вихревых токов в обмотках, крепежных деталях, а в масляных трансформаторах еще и в стенках бака.
Рис. 6 Зависимость cos(ф) от U1к
cos = f(U1K) = ( )
|
|
|
P |
|
U |
2 |
|
|
cos К |
|
|
R |
~ |
|
|
1К |
const, т.е. cos не зависит от напряжения U1К . |
|
|
|
|
|
||||
|
|
(m1 |
U1К I1R ) |
|
U12К |
Т.к. магнитная система трансформатора не насыщена и его параметры постоянны, то коэффициент мощности практически не меняется.
Определения параметров схемы замещения при коротком замыкании
ZК |
|
U1КН |
|
11В |
|
5,5(Ом); |
|||
I1Н |
2А |
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||
rК |
|
PКН |
|
48Вт |
3.16(Ом); |
||||
3 I 2 |
3 22 |
А |
|||||||
|
|
|
1К |
|
|
|
|
|
xК ZК2 rК2 5.52 3,162 4.5(Ом)
Приближенно можно принять:
Z Z ' |
|
ZК |
|
|
5.5Ом |
2.75(Ом); |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
1 |
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
r r' |
|
rК |
|
|
3.16Ом |
1.58(Ом); |
||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
1 |
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
x |
x' |
|
|
|
xК |
|
4.5 |
2.25(Ом); |
||||||||
2 |
|
|
||||||||||||||
1 |
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где
Z1 - результирующее сопротивление фазы первичной обмотки;
Z2' - приведенное сопротивление фазы вторичной обмотки;
Z К - результирующее суммарное сопротивление фаз первичной и вторичной обмоток при коротком замыкании;
r2' - приведенное активное сопротивление одноименных фаз вторичной обмотки при коротком замыкании;
x' 2 - приведенное индуктивное сопротивление фазы вторичной обмотки;
rК - суммарное активное сопротивление одноименных фаз первичной и вторичной обмоток при коротком замыкании;
xК - суммарное индуктивное сопротивление рассеяния одноименных фаз первичной и вторичной обмоток при коротком замыкании;
3. Расчет зависимостей КПД от величины и характера нагрузки
Таблица 3 — Расчет зависимости КПД от величины и характера нагрузки
|
|
ΣР |
cos φ2 = 1 |
|
|
cos φ2 = 0,8 |
|
Примечание |
|||
№ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
KНГ |
P1 |
P2 |
η |
P1 |
|
P2 |
|
η |
|
||
|
|
|
|
||||||||
опыта |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вт |
Вт |
Вт |
% |
Вт |
|
Вт |
|
% |
cos φ2 = 1: |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1,125 |
61,39 |
857,25 |
795,86 |
92,84 |
685,8 |
|
624,41 |
|
91,05 |
ηmax = 96,68% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
48,64 |
762 |
713,36 |
93,62 |
609,6 |
|
560,96 |
|
92,02 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
0,875 |
37,39 |
666,75 |
629,36 |
94,39 |
533,4 |
|
496,01 |
|
92,99 |
cos φ2 =0,8: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
0,75 |
27,64 |
571,5 |
543,86 |
95,16 |
457,2 |
|
429,56 |
|
93,95 |
ηmax= 95,85% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
0,5 |
12,64 |
381 |
368,36 |
96,68 |
304,8 |
|
292,16 |
|
95,85 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 7 Зависимость КПД от коэффициента нагрузки
4. Расчет внешних характеристик
|
|
= |
|
100/ |
|
= |
2 ∙ 3.46 ∙ 100 |
|
= 5 |
||
|
|
|
|
||||||||
% |
|
1 |
|
1 |
127 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
= √7,5%2 − 5%2 |
|
||||
|
= √ 2 |
− 2 |
= % |
||||||||
% |
|
|
% |
% |
|
|
|
|
|
|
Таблица 4 — Расчет внешних характеристик
№ |
KНГ |
cos φ2 = 1 |
cos φ2 = 0,8 |
cos (- φ2) = 0,8 |
Примечание |
||||
опыта |
ΔU, % |
ΔU2% |
ΔU, % |
ΔU2% |
ΔU, % |
ΔU2% |
|||
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1,125 |
11,9 |
88,1 |
8,28 |
91,72 |
0,72 |
99,28 |
UKa% = 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
10,6 |
89,4 |
7,36 |
92,64 |
0,64 |
99,36 |
UKp% = 7,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
0,875 |
9,2 |
90,8 |
6,44 |
93,56 |
0,56 |
99,44 |
UK% = 5,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
0,75 |
7,9 |
92,1 |
5,52 |
94,48 |
0,48 |
99,52 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
0,5 |
5,3 |
94,7 |
3,68 |
96,32 |
0,32 |
99,68 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 8 Зависимость U2 % от коэффициента нагрузки
5. Расчет изменения напряжения вторичной обмотки трансформатора от характера нагрузки при номинальной ее величине
φ2 |
град |
-90 |
-75 |
-60 |
-45 |
-30 |
-15 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ΔU |
% |
-5,6 |
-4,132 |
-2,372 |
-0,42 |
1,55 |
3,394 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
φ2 |
град |
15 |
30 |
45 |
60 |
75 |
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ΔU |
% |
6,306 |
7,15 |
7,42 |
7,372 |
6,732 |
5,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∆ = нг ∙ ( % ∙ cos(ф) + % ∙ sin(ф))
= 1 ∙ (5 ∙ cos(−90) + 5.6 ∙ sin(−90) = −5.6