Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электромеханические системы. Учебно-методическое пособие
.pdf
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1.
ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ДВУХОБМОТОЧНОГО
ТРАНСФОРМАТОРА
Цель работы.
Проведение опытов холостого хода и короткого замыкания и расчет по
данным этих опытов параметров схемы замещения и некоторых других
зависимостей, характеризующих работу трансформатора при нагрузке, а
также исследование поведения трансформатора при внезапном коротком
замыкании вторичной обмотки.
Основные теоретические сведения
Трансформатор представляет собой электромагнитный аппарат,
предназначенный для преобразования электрической энергии переменного
тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого
напряжения при неизменной частоте.
Трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода, собранного из
тонких, изолированных друг от друга листов электротехнической стали, на
котором находятся две обмотки, выполненные изолированным медным
проводом. На первичную обмотку подается напряжение сети, к зажимам
вторичной присоединяется нагрузка.
Переменный магнитный поток, возбужденный в магнитопроводе
трансформатора, наводит в обеих обмотках действующие ЭДС:
где Ф
– амплитуда магнитного потока;
м
ƒ – частота переменного тока;
W1 и W2 – число витков соответственно первичной и вторичной
обмоток.
Различают следующие режимы работы трансформатора:
1) режим холостого хода;
2) режим короткого замыкания;
21
3) режим нагрузки.
Режим холостого хода является таким предельным режимом, при
котором вторичная обмотка разомкнута. Напряжение U
Е
. Опыт холостого хода дает возможность определить:
2
на ее зажимах равно
20
1) коэффициент трансформации:
где U
– номинальное напряжение на первичной обмотке
1ном
трансформатора.
2) ток холостого тока:
где I
– номинальный ток трансформатора.
1ном
3) активную мощность Р
, которая представляет собой потери
0
мощности при холостом ходе, идущие на затраты активной мощности на
перемагничивание магнитопровода с частотой сети, а также
на компенсацию размагничивающего действия вихревых токов,
возникающих в толще листов магнитопровода трансформатора.
Используя результаты опыта холостого хода и паспортные данные
трансформатора, можно определить параметры (Z
, R0, X
0
) схемы замещения
0
(рис. 1.1) трансформатора.
Рисунок 1.1 – Схема замещения трансформатора, работающего в режиме
холостого хода
22
где R0 – активное сопротивление, потери мощности в котором равны
потерям мощности в магнитопроводе трансформатора;
х
– индуктивное сопротивление первичной обмотки, обусловленное
о
основным магнитным потоком;
z0 – полное сопротивление;
φ
– угол сдвига по фазе между током и напряжением первичной
0
обмотки в режиме холостого хода;
α – угол между током холостого хода и магнитным потоком в режиме
холостого хода.
Режим короткого замыкания является другим предельным режимом
работы трансформатора, при котором вторичная обмотка
замкнута накоротко.
Различают короткое замыкание в процессе эксплуатации
трансформатора и опытный режим короткого замыкания. При
эксплуатационном коротком замыкании к первичной обмотке приложено
полное напряжение сети и по обмоткам протекают токи значительно больше
номинальных. В опытном режиме короткого замыкания на первичную
обмотку подается такое пониженное напряжение короткого замыкания (U1к),
при котором по вторичной обмотке протекает номинальный ток.
Схема замещения трансформатора, работающего в режиме короткого
замыкания, показана на рис. 1.2.
Рисунок 1.2 – Схема замещения трансформатора, работающего в режиме
короткого замыкания
23
Мощность Р
, определяемая из опыта короткого замыкания,
к
представляет собой электрические потери в активных сопротивлениях обоих
обмоток трансформатора:
где R1 и R2 – активные сопротивления первичной и вторичной обмоток
трансформатора.
В опыте короткого замыкания определяют потери мощности в
обмотках трансформатора и уточняют значение коэффициента
трансформации. По результатам измерения и паспортным данным
определяют параметры (R1, R′
, X
, X′2) схемы замещения трансформатора (см.
2
1
рис. 1.1 и рис. 1.2).
где Rк и Xк – активное и реактивное сопротивления короткого замыкания
трансформатора;
R'2 и X'2 – приведенные сопротивления вторичной обмотки
трансформатора к первичной обмотке.
Для приведенного трансформатора имеем:
В режиме нагрузки трансформатор нагружается в пределах от
нуля до номинальной одной из нагрузок: активной, активноиндуктивной или активно-емкостной.
Схема замещения трансформатора, работающего на нагрузку Zн,
показана на рис. 1.3.
Система уравнений электрического состояния этого режима составлена
по схеме замещения (см. рис. 1.3):
24
где Z1 и Z2 – комплексы полных сопротивлений обмоток
трансформатора.
Рисунок 1.3 – Схема замещения трансформатора, работающего с
Зависимость U
= f (I2) называется внешней характеристикой
2
трансформатора (рис. 1.4).
нагрузкой
Рисунок 1.4 – Внешние характеристики трансформатора при различном
характере нагрузок
25
Процентное изменение вторичного напряжения при переменной нагрузке определяют так:
где U20 и U2 – соответственно вторичные напряжения при холостом ходе
и заданной нагрузке, определяемой вторичным током и
коэффициентом мощности cosφ2 нагрузки.
Величину U
где β – коэффициент загрузки (I2 / I
U
% - активная составляющая напряжения короткого замыкания
а.к.
можно рассчитать следующим образом:
2
);
2ном
трансформатора;
U
% - реактивная составляющая напряжения короткого замыкания
р.к.
трансформатора;
cosφ2 – коэффициент мощности нагрузки.
где S
– полная мощность трансформатора, В • А
ном
По данным режима холостого хода, короткого замыкания и
режима нагрузки трансформатора определяется КПД трансформатора:
где P2 = U2 • I2• cosφ2 – активная полезная мощность, снимаемая с зажимов
вторичной обмотки;
26
P1 = U1 • I1 • cosφ1 – активная полезная мощность, потребляемая
трансформатором из сети.
Зависимость η= f(β) приведена на рис. 1.5.
Здесь β
– коэффициент загрузки трансформатора, при котором КПД
mах
трансформатора достигает максимального значения:
Рисунок 1.5 – Зависимость η= f(β)
Программа работы
1. Исследовать трансформатор в режиме опыта короткого замыкания:
определить параметры схемы замещения трансформатора;
рассчитать напряжение короткого замыкания в процентном
отношении, активную и реактивную составляющие.
2. Исследовать трансформатор в режиме холостого хода:
измерить коэффициент трансформации;
определить значения тока и мощности холостого хода при
номинальном первичном напряжении;
рассчитать параметры намагничивающего контура схемы
замещения трансформатора.
3. Снять внешнюю характеристику трансформатора при активной
нагрузке.
4. Рассчитать КПД трансформатора и построить зависимость КПД от
коэффициента нагрузки.
27
Описание Работы:
В лабораторной работе используются следующие модули:
модуль питания стенда (МПС);
модуль питания (МП);
модуль измерителя мощности (МИМ);
модуль автотрансформатора (ЛАТР);
модуль однофазного трансформатора (ОдТр);
модуль ввода/вывода (МВВ);
Перед проведением работы необходимо привести модули в исходное
состояние. Для этого при выключенном автоматическом выключателе QF 1
модуля питания стенда:
установить переключатель SA2 модуля однофазного
трансформатора в положение «∞»;
переключатель SA1 модуля ЛАТР установить в нижнее положение,
ручку автотрансформатора установить в крайнее положение против
часовой стрелки.
В работе используется однофазный двухобмоточный трансформатор,
каталожные данные приведены в Приложении 1
Для проведения данной лабораторной работы на персональном
компьютере должно быть загружено ПО Labdrive и выбрана лабораторная
работа «Исследование однофазного двухобмоточного трансформатора».
1.1. Опыт короткого замыкания
Опыт короткого замыкания проводят при пониженном напряжении
при котором ток в первичной обмотке трансформатора
.
Схема для проведения опыта короткого замыкания трансформатора
представлена на рисунке 1.6.
28
Рисунок 1.6 – Схема проведения опыта короткого замыкания
Первичная обмотка трансформатора подключена через модуль
измерителя мощности МИМ и датчики тока и напряжения к регулируемому
выходу переменного тока модуля автотрансформатора (ЛАТР).
Автотрансформатор запитывается напряжением 220В от модуля
питания (МП).
Выходы датчиков тока и напряжения соединяются с входами А1 и А2
модуля ввода/вывода.
Опыт проводится в следующей последовательности:
включить последовательно автоматические выключатели QF1
модуля питания стенда и QF2 модуля питания;
включить кнопку «Сеть» модуля МИМ;
включить переключатель SA1 модуля ЛАТР. Установить такое
напряжение, при котором ток первичной обмотки трансформатора
примерно равен номинальному току первичной обмотки
трансформатора , равному:
29
где – полная номинальная мощность трансформатора, В А.
Данные опыта заносят в таблицу 1.1.
Таблица 1.1.
После проведения опыта установить модули в исходное состояние,
выключить автоматы QF2, QF1.
Из – за погрешности измерения активной мощности при опыте короткого
замыкания , значения индуктивного сопротивления
получится отрицательными.
В этом случае потери короткого замыкания могут быть получены через
могут
сопротивление обмоток трансформатора:
где K – коэффициент трансформации трансформатора (Приложение 1).
Расчетные данные.
Коэффициент мощности при опыте короткого замыкания определяется:
Полное, активное и индуктивное сопротивления трансформатора при
опыте короткого замыкания приводят к расчетной рабочей температуре С
следующим образом:
Напряжение короткого замыкания в процентах, активная и реактивная
составляющие в % определяются:
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]