Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехника. Методические рекомендации по проведению лабораторных работ для студентов технических специальностей
.pdf
9. Повторите проделанные измерения и вычисления для всех вариантов,
№
Установить
Измерить
Рассчитать
f R L С ~Eрр
V1
А1
А2
А3
φА1 –
φА2
Z
эксп
Z
уст
Х
Суст
Lуст
погр
cosφ
Q f I
кГц
Ом
мГн
мкФ
В В В В мА
градус
Ом
Ом
Ом
Ом
(%) –
Гц
мА
1
2 3
4 5
6 7 8 9
10
11
12
13
14
заданных преподавателем. Провести необходимые расчеты и заполнить графу
«Рассчитать» в табл. 2.
10. По окончании нажмите «Стоп».
Таблица 2
Таблица замеров и расчетов
Отчет по лабораторной работе
Отчет по лабораторной работе выполнить с включением файла в формате
Excel, содержащий графики и расчеты в соответствии с п. «Порядок выполне-
ния лабораторной работы».
Контрольные вопросы:
1. Как изменится резонансная частота при РТ в цепи с параллельно,
включенными сопротивлением, индуктивностью, емкостью, если увеличить
индуктивность катушки?
а) уменьшится б) увеличится в) останется неизменной
2. Как изменится добротность цепи с параллельно включенными сопро-
тивлениями, индуктивностью, емкостью, если увеличить сопротивление рези-
стора?
а) уменьшится б) увеличится в) останется неизменной
41
Лабораторная работа № 10
Тема: «Однофазный трансформатор»
Цель лабораторной работы
Исследование однофазного трансформатора методом холостого хода
(опыт ХХ) и короткого замыкания (опыт КЗ) и снятие внешней характеристики
трансформатора при различных типах нагрузок.
Основные теоретические сведения
Трансформатор – электрическая машина для преобразования (с гальва-
нической развязкой цепей или без нее) переменного напряжения с определен-
ной амплитудой в переменное напряжение с той же или другой амплитудой, без
изменения частоты.
Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансфор-
матор) или нескольких изолированных обмоток (катушек), охваченных общим
магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод из ферромаг-
нитного материала. Различают одно – и трехфазные трансформаторы.
При подключении первичной обмотки А–Х силового трансформатора к
сети первичный ток i1, проходя по ее виткам ω1, возбуждает в сердечнике сину-
соидальный магнитный поток: Ф= Ф
угловая частота питающего напряжения и
Пронизывая витки ω1 первичной и витки ω
sinωt, где Фм – амплитуда потока, t= 2πf –
м
1.
вторичной обмоток, этот по-
2
ток наводит в них ЭДС:
е
= – ω1 (dФ/dt)
1
е
= – ω2 (dФ/dt)
2
или для действующих значений:
Е
= 4,44 f ω1 Ф
1
Со вторичной обмотки снимается напряжение и
бителю электрической энергии Z
Н.
= 4,44 f ω
м, Е2
2Фм,
которое подается потре-
2,
Ток первичной обмотки трансформатора при отключенной нагрузке
(ZН=∞) является его током холостого хода I
ношению к номинальному первичному току I
Его выражают в процентах по от-
0.
Ток холостого хода I
н1.
(%) в си-
0
ловых трансформаторах составляет (2…5)%, а в маломощных трансформаторах
может составлять (10…20)% от номинального тока. Отношение ЭДС первич-
ной обмотки трансформатора к ЭДС вторичной обмотки, равное отношению
42
соответствующих чисел витков обмоток, называют коэффициентом транс-
R0
jX
0
É1
A
X
I0
формации трансформатора п=
.
Опыт холостого хода
К первичной обмотке трансформатора подводится номинальное напряже-
ние, при этом вторичная обмотка разомкнута (I2=0) и напряжение на ее зажимах U
= Е
2
Измерив напряжение U
2.
ток I0, и активную мощность Р
20,
И прене-
0,
брегая падение напряжения на первичной обмотке Z1 I0 (ввиду его небольшого
значения по сравнению с ЭДС Е
. Кроме того, определяются параметры намагничивающей ветви
п=
), определяют коэффициент трансформации
1
схемы трансформатора:
Z0 =
, R₀=
, X0 =
где =P
– потери мощности при холостом ходе, называемые потерями в ста-
xx
ли , которые затрачиваются в основном на нагрев магнитопровода от дей-
ствия вихревых токов и циклического перемагничивания стали. Полная, актив-
ная и реактивная мощности холостого хода: S0 =U
10 I0
, P0 = S
0
cosφ
0,
QO = S0sin φ0.
Опыт короткого замыкания
К первичной обмотке подводят такое понижение напряжение U1=U
(меньшее напряжения U
в (8…20) раз, в зависимости от типа и мощности
1н
K
трансформатора), при котором в его обмотках устанавливаются токи, равные
соответствующим номинальным значениям. В отличие от аварийного короткого замыкания трансформатора, возникающего случайно при работе при напря-
жении U1= U1н, такой режим работы совершенно безопасен. Здесь I1н=
I2н=
кВА). Ввиду малости магнитного потока Ф (пропорционального пониженному
≈п I
где Sн – номинальная мощность трансформатора (в ВА или в
1н,
,
43
напряжению Uкз), и соответственно потерь в стали (а они пропорциональны
Ù
1н
Rк
jXк
A
İ1н ≈ İ'2н
х
магнитному потоку в квадрате, т.е. Ф²), активная мощность, потребляемая
трансформатором из сети при опыте короткого замыкания идет в основном на
нагрев обмоток, т.е. равна электрическим потерям (потери в меди Рм). Изме-
рив напряжение Uк, ток I
активную мощность Рк, определяют параметры схе-
1н,
мы замещения при коротком замыкании в трансформаторе: Zк =
X
=
к
.
Здесь Zк, Rк, Xк – полное, активное и реактивное сопротивление КЗ
трансформатора.
Рм =Р
к =I1к²R1к
– потери мощности при коротком замыкании в трансфор-
маторе (потери в меди).
соsφ
Баланс мощности выражается равенствами: Р
2н, Ро
= IоU
соsφ
1о
о.
1=Р2+Рм+Р0,
Полная, активная, реактивная мощности короткого замыкания: Sк = UкI
, Rк=
Р2= I2нU
,
2н
1к,
Рк = Sксоsφ
k, Qk
= S
sinφ
к
k.
Опыт определения внешней характеристики
К первичной обмотке подводят номинальное напряжение, а ко вторич-
ной – изменяемую нагрузку. Изменяя сопротивление нагрузки, измеряют
напряжение и ток вторичной обмотки. Зависимость напряжения на зажимах
вторичной обмотки от тока нагрузки, т.е. U2 =f(I2 ), носит название внешней ха-
рактеристики трансформатора. Вторичное напряжение равно U
Е
– (R
2
2
–jХ
2 )I2.
2=Е2
– Z2 I2 =
При увеличении тока нагрузки вторичное напряжение уменьшается как за
счет увеличения падения напряжения Z2 I
уменьшения ЭДС Е
(вследствие некоторого уменьшения магнитного потока Ф
2
на вторичной обмотке, так и за счет
2
при соответствующем увеличении тока I1. Однако при активно – емкостной
нагрузке при увеличении тока напряжение U2 увеличивается.
Методика выполнения работы
По внешним характеристикам определяется зависимость выходного
напряжения трансформатора от типа нагрузки.
44
При опыте х. х. на первичную обмотку трансформатора от источника ~E
U
1ном
(В)
3,00
U
2ном
(В)
0,7
I
1ном
(мА)
4,2
I
2ном
(мА)
16,8
f
ном
(кГц)
10
R(нагр)
(Ом)
20÷100
L(нагр)
(мГн)
0,47
С(нагр)
(мкФ)
1
подается переменное напряжение постоянной частоты. Амплитуда и частота
напряжения – номинальные, вторичная обмотка разомкнута. Измеряются ток и
напряжение первичной обмотки, и напряжение вторичной обмотки.
При опыте к. з. вторичная обмотка трансформатора замыкается накорот-
ко. На первичную обмотку трансформатора от источника ~E подается перемен-
ное напряжение номинальной частоты, а напряжение выбирается таким, чтобы
по вторичной обмотке протекал номинальный ток. Измеряются: ток и напряже-
ние первичной обмотки, и ток вторичной обмотки.
К вторичной обмотке подключается активное сопротивление, которое
пошагово изменяется от максимального к минимальному. В процессе измене-
ния тока обмоток напряжение, поданное на первичную обмотку, будет изме-
няться из–за падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника.
Поэтому на каждом шаге перед измерением нужно восстанавливать напряже-
ние первичной обмотки трансформатора до номинального.
Измеряют и записывают ток и напряжение вторичной обмотки на каждом
шаге. Измерения повторяют для нескольких значений емкостной и индуктивной нагрузки. По полученным данным строят ВАХ для трех видов нагрузки.
Таблица 1
Варианты замеров для выполнения работы
Формулы
1. Коэффициент трансформации: п=
2. Полная, активная, реактивная мощности х. х.: S0 =U
QO = S0sin φ0.
45
= S
10 I0, P0
cosφ
0
0,
3. Активное и индуктивное сопротивление первичной цепи: R₀=
,
X0= Q
/.
O
4. Полная, активная, реактивная мощности короткого замыкания:
Sк = UкI
Рк = Sксоsφ
1к,
k, Qk
= S
sinφ
к
k.
5. Суммарное активное сопротивление первичной и вторичной обмоток:
Rк=R1+R2=
Рк/, Xк=X
+ X2= Q
1
/
к
Порядок выполнения лабораторной работы
1. Откройте на экране схему лабораторной работы в соответствии с рис 1.
Установите номинальное напряжение (поле «Напряжение») источника, соответствующие заданному преподавателем варианту, частоту (поле «Частота»)
нажмите «Запись» (таб. 1).
2. Настройте инструмент «Осциллограмма» для наблюдения напряже-
ния V1, V2 и токов А1 и сохраните изображение.
3. Настройте инструмент «Векторная диаграмма» для наблюдения
напряжения V1, V2 тока А1, сохраните изображение.
4. Вращая ручку «Напряжение», опустите напряжение источника
до нуля.
5. Нажмите кнопку «Следующий» на рабочем поле и видоизмените цепь
на плате в соответствии с новой схемой. Теперь, вторичная обмотка трансформатора – замкнута накоротко.
6. Вращая ручку «Напряжение», медленно поднимайте напряжение ис-
точника до тех пор, пока ток вторичной обмотки не достигнет номинального
значения (таб. 1), нажмите «Запись».
7. Полученные по результатам опытов х х. и к. з. данные занесите в таб. 2,
рассчитайте параметры трансформатора и заполните оставшиеся поля.
8. Вращая ручку «Напряжение», опустите напряжение источника до нуля.
9. Нажмите кнопку «Следующий» на рабочем поле и видоизмените цепь
на плате в соответствии с новой схемой. Теперь в цепь вторичной обмотки
трансформатора включено переменное R (×10 Ом).
10. Установите номинальное напряжение (поле «Напряжение») источника, и частоту источника (поле «Частота») (таб. 1)
11. Разомкните один из контактов сопротивления, и нажав «Запись»,
снимите точку х. х.
46
12. Верните контакт сопротивления на место и, вращая ручку ×10 Ом на
N.Описание
Установить
Измерить
Рассчитать
R(нагр)
V1
А1 f V1
V2
А1
А2
φ
и
–
φ
i
п
соsφ Р R Х (Ом
В
мA
кГц
(В)
В
мA
мA
градус
– – Вт
Ом
Ом
1. Холостой ход
2. Короткое за-
мыкание
3. Активная
нагрузка
1.
2.
3.
4.
5.
4. Индуктивная
нагрузка
5. Емкостная
нагрузка
плате, пошагово устанавливайте ток вторичной обмотки от нуля до, примерно
1,25 I
(4 –5 точек). Нажимайте «Запись» на каждом шаге.
2ном
13. По окончании, нажмите кнопку «Следующий», изображение на
экране должно соответствовать рис. 4
14. Замените сопротивление в цепи вторичной обмотки трансформатора
на L, в соответствии с таб. 1 нажмите «Новый график», затем «Запись».
15. По окончании, нажмите «Следующий», изображение на экране долж-
но соответствовать рис. 5.
16. Замените L в цепи вторичной обмотки трансформатора на С в соответствии с таб. 1, нажмите «Новый график», затем «Запись».
17. По окончании, вызовите файл МS Excel, сохраните и нажмите
«Стоп».
Таблица 2
Таблица замеров и расчетов
47
48
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Бессонов, Л. А. Теоретические основы электротехники. – М.: Высшая
школа, 1973 (или 1978, 1999.).
2. Бессонов, Л. А. Теоретические основы электротехники. Электромаг-
нитное поле. – М.: Высшая школа, 1986 (или 2001).
3. Зевеке, Г. В. и др. Основы теории цепей: Учебник. – М.: Энергоатом-
издат, 1989.
4. Касаткин, А. С. Электротехника: учеб. для вузов / А.С. Касаткин,
М.В. Немцов. – 11–е изд., стер.; Гриф МО. – М.: Академия, 2007. – 539 с.
5. Касаткин, А. С. Электротехника: учеб. для вузов / А.С. Касаткин,
М.В. Немцов. – 9–е изд., стер.; Гриф МО. – М.: Academia, 2005. – 639 с.
6. Касаткин, А. С., Немцов, М. В. «Электротехника». учебное пособие
для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 2001.
7. Москаленко, В. В. «Автоматизированный электропривод». Учебник
для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1986.
8. Нейман, Л. Р., Демирчан, К. С. Теоретические основы электротехники,
т. 1 и т. 2. – Л.: Энергоиздат, 1981.
9. Немцов, М. В. Электротехника: учеб. пособие для сред. учеб. заведе-
ний / М.В. Немцов, И.И. Светлакова. – Гриф МО. – Ростов н/Д: Феникс, 2004. –
572 с.
10. Общая электротехника» / под ред. А.Т. Блажкина. – Л.: Энергия, 1979.
11. «Основы промышленной электроники» под ред. проф. В.Г. Герасимо-
ва. – М.: Высшая школа, 1978.
12. Чиликин, М. Г., Сандлер, А. С. Общий курс электропривода. – М.:
Энергоиздат, 1981.
13. Шебес, М. Р. Теория линейных электрических цепей в упражнениях и
задачах. – М.: Высшая школа, 1978.
14. «Электротехника» / А.С. Касаткин. – М.: Энергия, 1973.
15. «Электротехника» / под ред. В.С. Пантюшина. – М.: Высшая школа,
1976.
16. Электротехника: учебник для неэлектротехнич. спец. вузов. / Под ред.
проф. В.Г. Герасимова. – М.: Высшая школа, 1985.
49
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]