ЛАБЫ / 1 лб эма
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральноегосударственноеавтономноеобразовательноеучреждениевысшегообразования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙТОМСКИЙПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ»
Инженерная школа энергетики Отделение: «Электроэнергетика и электротехника»
Направление: «Электроэнергетика и электротехника 13.03.02»
ООП: «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем»
Лабораторная работа №1
«Исследование двухобмоточного трёхфазного трансформатора при симметричной нагрузке»
по дисциплине:
ЭМА
Выполнили: |
|
|
|
|
|
Пайгель О.А. |
|
|
|
Кондрашов М.А. |
|
Студенты |
|
Бадмаев Т.Г. |
|
группы |
5А33 |
Граф В.Е. |
27.10.2025 |
Проверил: |
|
|
|
преподаватель |
|
Гирник А.С. |
|
Томск – 2025
Цель работы: Изучить основные элементы конструкции, принцип действия трансформатора; провести опыты холостого хода и короткого замыкания; исследовать эксплуатационные характеристики.
Программа работы:
Изучить основные элементы конструкции, принцип действия трансформатора;
Провести опыты холостого хода и короткого замыкания;
Исследовать эксплуатационные характеристики.
Теоретические положения
Трансформатор
Это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.
Холостой ход
Это режим холостого хода трансформатора – работа его при номинальном напряжении U1H номинальной частоты на первичной обмотке и отсутствии тока во вторичной обмотке.
Опыт холостого хода
Опыт холостого хода проводится при изменении напряжения на первичной обмотке трансформатора в диапазоне (0,3-1,2) U1H
Характеристики холостого хода
Представляют собой зависимость P0, z0, r0 и cosφ в функции от напряжения U1. Пользуясь характеристиками холостого хода, можно установить значения определяемых величин при любом значении напряжения U1.
Короткое замыкание
Аварийное состояние трансформатора, т.к. при замкнутой накоротко вторичной обмотке номинальное напряжение первичной обмотки вызывает протекание в обеих обмотках токов в десятки раз превышающих номинальные.
Опыт короткого замыкания
Работа трансформатора при замкнутой накоротко вторичной обмотке, когда к первичной обмотке подведено такое пониженное напряжение номинальной частоты, что токи в обмотках допускаются не более 1,1-1,2 номинальных значений.
2
Характеристики короткого замыкания
Изменяя подводимое к первичной обмотке трансформатора напряжение от нуля до UK, можно построить характеристики короткого замыкания. Зависимость мощности Рк, тока Iк и коэффициента мощности короткого замыкания cos φк от подводимого напряжения при постоянной частоте в сети называют характеристиками короткого замыкания
Номинальное напряжение короткого замыкания
Значение номинального напряжения короткого замыкания в процентах рассчитывается относительно номинального напряжения фазы первичной обмотки UK%=U1KH·100/U1H.
Схемы замещения трансформатора
Эквивалентные схемы замещения, в которых магнитная связь между обмотками трансформатора замещена электрической связью, а параметры вторичной обмотки приведены к числу витков первичной
Параметры схем замещения
Для определения параметров схемы замещения необходимо провести два опыта — холостого хода и короткого замыкания Эксплуатационные характеристики
Основными характеристиками трансформатора, позволяющими в достаточной степени оценить его эксплуатационные качества, являются зависимости КПД трансформатора от величины его загрузки и его внешняя характеристика
Электрооборудование, измерительные приборы
1.Объект исследования: трехфазный двухобмоточный трансформатор. Номинальная мощность 0,75 кВА; номинальные линейные напряжения обмоток 220/127 В; номинальный ток первичной обмотки 2 А.
2.Вольтметры (2 шт.). Класс точности 1,0; диапазон измерений 0–250 В.
3.Амперметр. Класс точности 1,0; диапазоны измерений 0–0,025 А, 0–
2,5 А.
4.Ваттметр. Класс точности 1,0; диапазоны измерений 0–5 Вт, 0–50 Вт.
5.Индукционный регулятор.
6.Понижающий трансформатор. Коэффициент трансформации равен 10.
Экспериментальная часть
1. Опыт холостого хода
Опыт холостого хода проводится при изменении напряжения на первичной обмотке трансформатора в диапазоне (0,3 1,1) U1H. Электрическая схема опыта холостого хода изображена на рис. 1.
3
|
|
|
PV1 |
|
PV2 |
|
|
PW1 |
V |
|
V |
|
|
|
|
|
|
|
|
PA1 |
|
|
|
ИР |
A |
W * |
|
x |
а |
|
A |
X |
|||
|
|
|
|
||
|
|
B |
У |
y |
b |
|
|
C |
Z |
z |
c |
Рисунок 1 - Электрическая схема опыта холостого хода
Результаты измерений и расчетов представлены в табл. 1, где P0 — утроенные показания ваттметра.
Таблица 1. Результаты опыта холостого хода
№ |
|
Измерения |
|
Расчет |
|
опыта |
1 |
20 |
0 |
0ф |
cos 0 |
|
В |
В |
А |
Вт |
- |
1 |
37,2 |
9 |
0,00625 |
0,1 |
0,43 |
2 |
58,2 |
15 |
0,01 |
0,3 |
0,52 |
3 |
133,2 |
36 |
0,0135 |
0,8 |
0,44 |
4 |
215,3 |
57 |
0,02 |
1,6 |
0,37 |
5 |
228,4 |
53 |
0,22 |
1,8 |
0,36 |
1 = 2 ; 1 = 127 В= 3,78;
0 = 0,023, А;0 = 0,6 %;0 = 2,7 Вт; cos 0Н = 0,667.
Пример расчетов
Сдостаточной точностью коэффициент трансформации можно
определить, учитывая, что |
E U |
1 |
, а |
E |
2 |
U |
20. |
. Коэффициент трансформации |
|||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
рассчитывается при U1 U1H |
|
и |
|
|
для |
|
|
исследуемого понижающего |
|||
трансформатора равен |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
≈ |
1 |
= |
215,3 |
|
= 3,78 |
|||||
|
|
|
57 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент мощности холостого хода
4
|
cos 0 = |
0ф |
|
= |
|
1,6 |
|
|
= 0,46 |
|
|
|||
|
1 ∙ 0 |
|
215,3 ∙ 0,02 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Номинальные значения |
тока |
холостого хода |
I0 H , мощности |
0 H , |
||||||||||
коэффициента мощности cos 0 H |
определяются |
для |
U1 |
U1H , используя |
||||||||||
построенные |
в одних осях координат характеристики |
холостого |
хода: |
|||||||||||
I0 f (U1 ) , 0 |
f (U1 ) , cos 0 |
f (U1 ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Значение номинального тока холостого хода в процентах |
i0 H |
|||||||||||||
рассчитывается относительно номинального тока первичной обмотки |
|
|||||||||||||
|
0 = |
0 ∙ 100 |
= |
0,023 ∙ 100 |
= 0,6 % |
|
|
|||||||
|
|
3,78 |
|
|
||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Определение параметров схемы замещения при холостого хода
Параметры схемы замещения определяются по результатам опытов холостого хода и короткого замыкания. В расчетах используются номинальные значения характеристик холостого хода и короткого замыкания.
r1
|
İ0 |
|
rm |
|
|
||
|
|
||
|
|
|
|
.
~ U1
хm
Рисунок 2 - Схема замещения трансформатора при холостом ходе
По результатам опыта холостого хода для
U |
1 |
U |
1H |
|
|
находят
|
|
|
|
+ |
|
|
= |
|
|
1 |
|
= |
127 |
|
= 5521,74 Ом |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
0,023 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
+ |
= |
|
|
0 |
|
= |
|
2,7 |
|
|
= 1701,32 Ом |
|||||||||||||||||
|
|
3 ∙ 2 |
|
3 ∙ 0,0232 |
||||||||||||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Так как обычно |
Zm 1 |
и rm r1 , то можно считать |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
1 |
= |
|
|
127 |
= 5521,74 Ом |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0,023 |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
= |
|
|
0 |
|
= |
|
|
|
2,7 |
|
|
= 1701,32 Ом |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
3 ∙ 2 |
|
3 ∙ 0,0232 |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
= √ 2 |
− 2 |
|
|
= √5521,742 − 1701,322 = 5253,12 Ом |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
5
Остальные параметры схемы замещения трансформатора при холостом
ходе ( |
1 |
, |
|
) определяются по результатам опыта короткого замыкания. |
|
r |
|
x |
|
|
|
|
1 |
|
Представление полученных характеристик опыта холостого хода
Рисунок 3 - График зависимости cos 0= ( 1)
Рисунок 4 - График зависимости I0 = f(U1)
6
Рисунок 5 - График зависимости P0 = f(U1)
2. Опыт короткого замыкания
При проведении опыта короткого замыкания, когда к первичной обмотке подведено такое пониженное напряжение номинальной частоты, что токи в обмотках не более 1,1 1,2 номинальных значений. Электрическая схема опыта короткого замыкания изображена на рис. 3.
|
|
|
|
PV1 |
|
|
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
PA1 |
PW1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ИР |
A |
|
W * |
|
x |
а |
|
|
A |
X |
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
B |
У |
y |
b |
|
|
|
|
|||
|
|
|
C |
Z |
z |
c |
|
|
|
|
|
Рисунок 6 - Электрическая схема опыта короткого замыкания
Результаты измерений и расчетов представлены в табл. 2.
7
|
Таблица 2. Результаты опыта короткого замыкания |
||||
№ |
|
Измерения |
|
Расчеты |
|
опыта |
1к |
1к |
кф |
cos к |
|
|
В |
А |
Вт |
- |
|
1 |
9,9 |
0,86 |
15 |
1,76 |
|
2 |
14,7 |
1,3 |
34 |
1,78 |
|
3 |
36,9 |
3,26 |
208 |
1,73 |
|
4 |
44,3 |
3,86 |
292 |
1,71 |
|
5 |
49 |
4,23 |
350 |
1,69 |
|
|
|
|
|
|
|
Пример расчетов |
|
|
|
|||||||
Коэффициент мощности короткого замыкания |
|
|
||||||||||||||
|
|
cos к |
= |
|
кф |
= |
15 |
|
= 1,76 |
|
|
|||||
|
|
|
1к ∙ 1к |
|
9,9 ∙ 0,86 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Номинальные значения мощности |
PKH , коэффициента мощности cos K |
, |
||||||||||||||
напряжения U1KH |
определяют для I1K I1H , используя построенные в одних |
|||||||||||||||
осях координат |
|
характеристики |
короткого |
замыкания: |
I1K f U1K , |
|||||||||||
K f U1K , cos K f U1K . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Значение номинального напряжения короткого замыкания в процентах |
|
|||||||||||||||
|
|
|
= |
1 ∙ 100 |
= |
12,9 ∙ 100 |
= 10,12 % |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
к% |
|
|
1 |
|
|
127 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Определение параметров схемы замещения при опыте короткого замыкания
rK xK
İ1К = -İ´2К
.
~ U1К
Рисунок 7 - Схема замещения трансформатора при опыте короткого замыкания
|
|
= |
1 |
|
= |
12,9 |
|
= 6,45 Ом |
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
||||
|
= |
|
|
= |
|
|
|
|
= 2,5 Ом |
||||||
|
3 ∙ 2 |
|
3 ∙ 22 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
= √ 2 |
|
|
|
|||||||||||
|
− 2 = √6,452 − 2,52 |
= 5,95 Ом |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
8
Приближенно можно принять, используя результаты опыта короткого замыкания,
|
|
|
|
|
|
6,45 |
|
|
|||||||||
|
≈ ′ |
≈ |
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
= 3,225 Ом |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
1 |
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,5 |
|
|
|
||||
|
≈ ′ |
≈ |
|
|
= |
|
|
|
|
= 1,25 Ом |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
1 |
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5,95 |
|
||||||
|
≈ ′ |
|
≈ |
|
|
= |
|
|
|
|
|
= 2,975 Ом |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
1 |
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Представление полученных характеристик опыта короткого замыкания
Рисунок 8 - График зависимости cos = ( 1 )
Рисунок 9 - График зависимости I1k = f(U1k)
9
Рисунок 10 - График зависимости Pk = f(U1)
Вывод:
10