Министерство сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации Главное управление высших учебных заведений Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия Кафедра «Электрический привод и электрические машины»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе

«Трехфазный двухобмоточный трансформатор»

Выполнил:

Проверил:

Волгоград 2012

1. Цель работы: 1) научиться получать опытным путем минимум необходимой информации для количественного и качественного анализа работы трансформа­тора расчетным путем; 2) выполнить анализ работы трансформатора лаборатор­ной установки.

2. ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Записать паспортные данные трансформатора и по ним вычислить номи­нальные фазные и линейные токи.

2. Методом вольтметра и амперметра замерить омические сопротивления об­моток.

3. Провести опыт холостого хода. По данным опыта определить коэффициент трансформации трансформатора и построить характеристики холостого хода

при изменении напряжения U_x от 0,85 U_lH до 1,15 U_lff.

4. Провести опыт короткого замыкания и определить напряжение короткого замыкания U_lk и мощность короткого замыкания Р_к при i1 = I1_н.

5. По данным паспорта и опытов холостого хода, и короткого замыкания со­ставить таблицу основных каталожных данных трансформатора. По данным таб-

лицы определить: 1) установившийся ток трехфазного короткого замыкания при номинальных напряжении на зажимах первичной обмотки; 2) ударный ток; 3) ударный коэффициент; 4) рассчитать и построить зависимость КПД трансформа-

тора от коэффициента его загрузки по току при cos ф= 0.8 и определить параметры Т-образной схемы замещения трансформатора. По Т-образной схеме замещения рассчитать зависимости следующих вели­чин от коэффициента загрузки трансформатора по току

первичного и вторичного токов и вторичного напряжения U ₂; потребляемых из сети, S_l9P_1, Q и передаваемых потребителем S_нг, Р_нг , Q_Hr полных активных и реактивных мощностей; 3) потерь мощности в обмотках

Результаты всех расчетов свести в таблицу. 8. По данным таблицы построить и проанализировать зависимости S_Hnrj,

от коэффициента загрузки трансформатора no току.

3. СХЕМЫ И ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ.

1) Опыт холостого хода. Схема на лабораторном стенде. Для увеличения угла отклонения стрелки ватт­метра при заданной величине мощности и малой величине тока х.х. I0 в схеме используется трансформатор тока с коэффициентом трансформации Ктт<1.

Опыт проводят следующим образом: индукционным регулятором пооче­редно устанавливают заданные значения напряжения U1=0.85; 0.9; 0.55; 1.0; 1.05; 1.1; 1.15 и записывают показания амперметра и ваттметра.

2) Опыт короткого замыкания.

Схема на лабораторном стенде. Для увеличения угла отклонения стрелки ваттметра при заданной величине мощности и малой величине напряжения в схеме используется повышающий трансформатор напряжения. Опыт проводят следующим образом: индукционным регулятором устанавливают ток, равный номинальному току трансформатора, и записывают показания вольтметра, изме­ряющего напряжение на зажимах первичной обмотки, и ваттметра.

4. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ

4.1 Режим холостого хода.

В режиме холостого хода нагрузка отсутствует. Все электрические величи­ны, характеризирующие работу трансформатора, определяют его собственные свойства в этом режиме. С практической точки зрения первоочередной интерес

представляют следующие величины: ток холостого хода 1₀, активная и реактив­ная Ро,Qo холостого хода. Все эти величины в сильной степени зависят от на­пряжения U₁. В реальных условиях эксплуатации напряжение U, на зажимах первичной обмотки чаще всего не остается постоянным. При изменении режима работы сети оно изменяется в определенных пределах. Поэтому в лабораторной

работе изучают зависимости Р₀(U₁), I ₀ (£/,), Q₀(U_x) ,t gф(U_x). Активная мощность холостого хода

⁽¹⁾

Активная составляющая тока 1₀

(3) (4) (5)

(6)

Реактивная составляющая тока Реактивная мощность

Активная мощность холостого хода Р₀ в основном расходуется на нагрева­ние сердечника. И лишь незначительная часть ее идет на нагревание первичной обмотки.

(7)

Так как то в приближенных расчетах считают:

Потери мощности в стали сердечника связаны с явлением гистере-

зиса и вихревыми токами. Реактивная мощность холостого хода бо в основном связана с созданием основного магнитного потока. И лишь незначительная часть ее обусловлена созданием потока рассеяния первичной обмотки. В режиме холо­стого хода этот поток ничтожно мал.

При номинальном напряжении на зажимах первичной обмотки U₁ = U1нреактивная мощность Q₀ во много раз больше активной Р₀. Соответственно ре­активная составляющая тока х.х. I_0р во много раз больше активной составляю­щей I_0а. Поэтому в приближенных расчетах считают ток х.х. трансформатора чисто реактивным Iо =Iop •

В простейшем случае сердечник трансформатора тороидальный, напря­женность магнитного поля на всех его участках одинакова и пропорциональна реактивной составляющей тока:

(8

откуда

(9)

Магнитная индукция в сердечнике согласно формуле

пропорциональна напряжению на первичной обмотке U₁.

Сердечники современных силовых трансформаторов изготавливаются из холоднокатаных сталей, кривые намагничивания которых (зависимость В от Н) в зоне насыщения насыщения имеет весьма малый подъем. Поэтому даже при

небольшом увеличении напряжения U₁ сверх номинального и соответственно магнитной индукции В напряженности магнитного поля Н значительно увеличи­вается. Соответственно значительно возрастает реактивная составляющая тока

х.х. Iо_p и реактивную мощность Qo •

В лабораторной установке используется трансформатор с шихтованным сердечником из горячекатаной стали. Поэтому изложенные явления у него про­являются слабее, но все-таки достаточно сильно выражены.

4.2. Режим короткого замыкания.

В этом режиме ток I₀ в ветви намагничивается Т-образной схемы замеще­ния весьма мал по сравнению с токами I1 и I2 . С достаточной для практических расчетов точностью их можно пренебречь и соответственно исключить и саму ветвь намагничивания из Т-образной схемы замещения. Тогда из уравнения

(11)

получаем

₍₁₂₎

⁽¹³⁾

₍₁₄₎

Действительный ток во вторичной обмотке

(15)

При , приняв за 100% , установившийся ток трехфазного ко­роткого замыкания можно вычислить, используя величину U_k %:

Подставляя вместо I# номинальные токи первичной и вторичной обмоток, получаем

₍₁₇₎

(18

При возникновении внезапного трехфазного к.з. с режима х.х. изменение тока в необходимом процессе описывается выражением

(19

Наибольшее мгновенное значение % называется ударным током. Оно име­ет место при . Подставив значения учитывая, что , получим выражение для ударного тока

(20)

— ударный коэффициент. (21)

Если при внезапном к.з. напряжение на зажимах первичной обмотки номи­нальное, то амплитуду установившегося тока можно определить через U_k % :

(22)

Тогда

ударный ток

(23)

Теоретически ударный коэффициент может иметь значение от 1 до 2. Но у реальных трансформаторов отношение никогда не равняется ни 0 ни бесконечность .

У мощных трансформаторов отношение меньше маломощных. Поэто­му у первых =1.7 — 1.8, ау вторых = 1.2-1.3. Чтобы получить представ­ление о величине ударного тока, вычислим его при U_k % =5 и =1.3.

(24)

4.3. Определение параметров схемы замещения по данным опыта х.Х. И корот­кого замыкания.

Поскольку Т-образная схема замещения - это схема замещения одной фа­зы, то во всех формулах используется только фазные напряжения и фазные токи.

4.3.1.Параметры холостого хода. Полное сопротивление

(25)

где - номинальное фазное напряжение, и фазный ток х.х. первичной об­мотки. Активное сопротивление

(26)

Индуктивное сопротивление

⁽²⁷⁾

4.3.2.Параметры короткого замыкания, приведенные к первичной обмотке.

Полное сопротивление

(28)

- напряжение короткого замыкания выраженное в % (29)

номинальный фазный ток в первичной обмотке. (30) Активное сопротивление

(31)

Здесь необходимо отметить особенности маломощных трансформаторов. При равных с мощными трансформаторами напряжениях их обмотки имеют большие числа витков, и выполняется проводами меньших сечений. При этом

Х_хк может оказаться весьма малым по сравнению с г_хк, а различие между вели­чинами Z_xk и г_хк быть соизмеримой с погрешностью измерений полной S_x и ак­тивной ^5 мощностей. Активное и омическое сопротивление проводов малого сечения на частоте 50Гц различаются весьма мало. В таких случаях г_хк целесооб­разно определять через омические сопротивления R_x и R₂.

(32)

Индуктивное сопротивление

(33)