Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 16
Подготовка к лабораторной работе начинается с изучения предмета исследования. Все работы выполняются после изложения соответствующего вопроса на лекциях.
После изучения основных теоретических положений изучается рабочая схема исследуемой машины. Далее намечаются величины, подлежащие измерению, и составляются таблицы для записи измеряемых и расчетных величин. Таблица рассчитывается на 6…8 измерений каждой величины. Если по результатам измерений делаются расчеты, то приводятся расчетные формулы с краткими пояснениями.
Исходные данные для расчетов и другие необходимые для подготовки к работе сведения даны в каждой лабораторной работе. Литература к данной работе приведена после ее названия.
Подготовленность студентов к выполнению лабораторной работы проверяет преподаватель. Студент должен:
1. Знать устройство, принцип действия, назначение исследуемой машины или преобразователя энергии.
2. Усвоить характерные особенности основных режимов их работы.
3. Уметь правильно, в соответствии с номинальными данными, подключить электрическую машину или преобразователь с комплектом электроизмерительных приборов, уметь у электродвигателей изменять частоту и направление вращения, а у генераторов – ЭДС.
4. Уметь определять характеристики по опытным данным.
Отчет по лабораторной работе должен содержать: наименование лабораторной работы и ее номер; фамилию и инициалы студента, шифр группы (или личный шифр); расчетные схемы и расчетные формулы; схемы включения исследуемых электрических машин; таблицы измерений и графики, построенные по опытным данным; выводы по результатам сравнения расчетных и опытных данных; технические характеристики использованного оборудования.
Графики строятся в удобных масштабах на миллиметровой бумаге. На координатных осях указываются величины и единицы их измерения; шкалы на осях должны иметь деления с одинаковыми интервалами и содержать числа, кратные 1·10m, 2·10m и 5·10m где m – любое целое число. Графики следует строить так, чтобы ноль находился в начале координат. Кривая, построенная по опытным данным, должна проходить среди полученных с некоторым разбросом точек и быть плавной.
1. Перед началом лабораторных занятий все студенты должны ознакомиться с правилами техники безопасности при работе в электротехнических лабораториях. Инструктаж по технике безопасности проводит руководитель работ. К работам в лаборатории допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности и расписавшиеся в специальном журнале.
2. Члены бригады на рабочем месте должны подробно ознакомиться со схемами соединений, оборудованием стендов и расположением выключателей источников питания.
3. Сборка схемы и различные переключения в схеме должны производиться при обязательном отключении источников питания.
4. Перед сборкой и включением схемы надо проверить, нет ли опасности прикосновения к неизолированным элементам цепи. Перед включением напряжения необходимо предупредить об этом всех членов бригады и получить разрешение руководителя.
Запрещается включать автоматы, нажимать кнопки и производить разного рода действия с аппаратами и приборами, не предназначенными для данной работы.
5. Для выполнения лабораторной работы по электрическим машинам должна быть собрана электрическая схема соединений тепловой защиты машины переменного тока, а гнезда защитного заземления устройств, используемых в эксперименте, должны быть соединены с гнездом "РЕ" источника питания G1.
6. Следует соблюдать осторожность при работе с вращающимися агрегатами. Прикасаться к движущимся частям электрических машин нельзя даже при выключенном источнике энергии.
7. Каждый студент обязан немедленно сообщить руководителю о замеченных неисправностях в работе оборудования и о нарушениях правил техники безопасности. При несчастном случае, электрическую установку немедленно отключают, а пострадавшему оказывают первую помощь.
Электрические машины, предназначенные для преобразования механической энергии в электрическую, называются генераторами, а превращающие электрическую энергию в механическую, – двигателями.
Все электрические машины энергетически обратимы, т.е. могут работать как в двигательном, так и в генераторном режиме, хотя обычно машины конструируются для одного энергетического режима, при котором обеспечиваются наилучшие технико-экономические показатели. КПД электрических машин не может быть равен 100%.
Каждая электрическая машина рассчитывается на определенный режим работы, называемый номинальным, исходя из допустимых электромагнитных, тепловых и механических нагрузок. Все величины, характеризующие номинальный режим, называются номинальными, и главнейшие из них (мощность, напряжение, ток, частота вращения и др.) указываются в паспорте машины.
Номинальная мощность двигателя – это мощность на валу машины в киловаттах (ваттах).
Номинальная мощность источников – генераторов, а также трансформаторов – мощность на выходе в киловаттах (ваттах) для источников постоянного тока и киловольт-амперах (вольт-амперах) для источников переменного тока.
Трансформаторами называются электромагнитные статические устройства, превращающие электрическую энергию переменного тока в электрическую же, но с изменением напряжения. Принцип работы трансформаторов, также как и электрических машин, основан на законе электромагнитной индукции.
Основными вопросами при изучении электрических машин являются: при исследовании двигателей – устройство и принцип действия, пуск в ход и реверсирование, основные режимы работы и характеристики (механическая, электромеханическая, рабочие), способы регулирования частоты вращения при исследовании; генераторов – устройство и принцип действия, условия возбуждения ЭДС, основные режимы работы и важные характеристики (нагрузочная, внешняя, регулировочная), условия параллельной работы с другими генераторами или сетью. Исследование трансформаторов связано со снятием характеристик холостого хода, нагрузочной, внешней, короткого замыкания.
Источники питания
Для электропитания лаборатории электрических машин применяется переменный ток частотой 50 Гц, напряжением 380/220 В.
В лабораторном комплексе источником трехфазного переменного напряжения 400 В является функциональный блок 201 (см. таблицу 1). Для преобразования трехфазного напряжения в трехфазное регулируемое (ступенчато) напряжение служит блок 325.1. Для регулирования однофазного напряжения используются автотрансформаторы (блок 318).
Постоянный ток обеспечивается функциональным блоком 209 (возбудитель машины переменного тока) и блоком 206 (источник питания машины постоянного тока).
Для контроля регулируемого напряжения и тока в блоке 206 и в блоке 209 установлены вольтметры и амперметры.
Электромашинные агрегаты
Электрические машины, применяемые в лаборатории, смонтированы в виде двухмашинных агрегатов на общей раме (машина постоянного тока и машина переменного тока).
Валы машин соединены механически жестко. Одна из машин (в зависимости от темы работы) является исследуемой; вторая – вспомогательной (первичным двигателем при исследовании генераторов или нагрузочным генератором при исследовании двигателей). Один из электромашинных агрегатов снабжен маховиком. Направление вращения электромашинного агрегата - любое.
Вал машины переменного тока жестко связан с валом преобразователя угловых перемещений (тип 104), используемого в качестве датчика для указателя частоты вращения n (блок 506) и для фазометра (блок 505), отображающего в аналоговой форме угол нагрузки .
Концы обмоток машин постоянного и переменного тока выведены через гнезда на терминальные панели, прикрепленные к их корпусам.
Машина переменного тока снабжена термоконтактом, который размыкается при нагреве машины выше 70°С. Концы термоконтакта через гнезда «ТК» выведены на терминальную панель машины переменного тока и используются при соединении этих гнезд с одноименными гнездами на блоке 201 в схеме тепловой защиты.
Технические характеристики электрических машин
Машина постоянного тока (тип 101.1). Номинальные данные. мощность 90 Вт, напряжение якоря 220 В, ток якоря 0,76 А, частота вращения 1500 мин–1, возбуждение независимое, напряжение возбуждения 220 В, КПД 64%. Направление вращения любое, масса 3 кг.
Машина переменного тока трехфазная (тип 102.1).
Как синхронная машина. Номинальные данные. Активная мощность 50 Вт, напряжение 230 В, частота вращения 1500 мин–1, cos φ=1, ток статора 0,13 А, напряжение возбуждения 20 В, ток возбуждения 1,5 А. Схема соединения обмоток статора – Y. Ток возбуждения холостого хода 1,4 А. Направление вращения – любое.
Как асинхронная машина. Номинальные данные. Частота тока 50 Гц, полезная активная мощность 30 Вт, напряжение 127 В, ток статора 0,1А, КПД, 60 %, cosφ=0,73, частота вращения 1200 мин–1. Схема соединения обмотки статора - Yo Схема соединения обмотки ротора - Y. Число фаз на роторе и статоре m=3.
Все электрические машины расположены на лабораторных столах, а съемные функциональные блоки (с их электрическими схемами на лицевой панели), в том числе блок однофазных трансформаторов 325.1, – в вертикальных рамах для их установки (см.табл.1).
Для измерения трех базовых электрических величин (тока, напряжения и омического сопротивления) используется блок 501 мультиметров.
Внимание! До подключения мультиметра блок 501 к электрической цепи необходимо предварительно выполнить следующие операции: установить род тока (постоянный/переменный); выбрать диапазон измерений соответственно ожидаемому результату измерений; правильно подсоединить зажимы мультиметра к измеряемой цепи.
В качестве вольтметра мультиметр подключают к гнездам сопротивления нагрузки или источника напряжения, используя гнездо «V».
Как амперметр, мультиметр включают последовательно в исследуемую цепь, используя гнездо «I».
В качестве омметра мультиметр подключают к выводам измеряемого сопротивления, используя гнездо «».
Описание и технические характеристики функциональных блоков
Таблица 1
|
Тип, наименование и описание |
Параметры |
|
1 |
2 |
|
201. Трехфазный источник питания Предназначен для питания комплекса трехфазным переменным напряжением. Включается вручную. Имеет защиту от перегрузок, устройство защитного отключения, кнопку аварийного отключения и ключ от несанкционированного включения. |
400 В ~; 16 А Ток срабатывания УЗО - 30 mA |
|
206. Источник питания машины постоянного тока Предназначен для питания обмоток якоря и возбуждения постоянным током. Включается вручную или дистанционно / автоматически от ПЭВМ. Якорное напряжение регулируется вручную или дистанционно (от ПЭВМ). Напряжение возбуждения постоянное. |
Цепь якоря О...250 В-; 5 А Цепь возбуждения 200 В -; 1 А |
|
209 Возбудитель машины переменного тока Предназначен для питания обмотки возбуждения. Включается вручную или дистанционно / автоматически (от ПЭВМ). Напряжение возбуждения регулируется вручную или дистанционно / автоматически (от ПЭВМ). Выходные цепи изолированы от входных. |
О...40 В-; 8 А |
|
301. Трехполюсный выключатель Предназначен для ручного или дистанционного / автоматического (от ПЭВМ) включения / отключения электрических цепей. |
400 В ~; 10 А |
|
306.1. Активная нагрузка Предназначена для моделирования однофазных и трехфазных потребителей активной мощности. Регулируется вручную. Поглощаемая мощность увеличивается (сопротивление уменьшается) при повороте рукоятки переключателя по часовой стрелке. |
220/380; 50Гц; 3х0...,50Вт; |
|
307. Реостат для цепи ротора машины переменного тока Предназначен для регулирования токов. Сопротивление реостата дискретно увеличивается при повороте рукоятки по часовой стрелке. |
3х0...20 Ом; 2А |
|
308.1. Реостат возбуждения машины постоянного тока Предназначен для ручного регулирования тока возбуждения машины переменного тока. Сопротивление реостатов увеличивается при повороте рукоятки переключателя по часовой стрелке. |
О...2000 Ом; 0,1...0,5 А |
|
310. Персональный компьютер Предназначен для дистанционного/ автоматического управления лабораторным комплексом и отображения информации о нем с использованием блока 327 и блока 402.1. |
IBM-совместимый Win*, монитор, мышь, клавиатура, плата сбора информации PCI 6023(24)Е |
|
318. Регулируемый автотрансформатор Предназначен для преобразования однофазного нерегулируемого напряжения в однофазное регулируемое переменное напряжение. |
220/О...250 В; 2А |
|
319. Блок синхронизации Предназначен для ручного или дистанционного / автоматического подключения (от ПЭВМ) синхронной машины к сети методами точной синхронизации или самосинхронизации. |
400 В ~; 10 А 3 индикаторные лампы; синхроноскоп |
|
323.1. Реостат пусковой Предназначен для ручного регулирования тока преимущественно в якорной цепи машины постоянного тока. Реостат имеет наибольшее сопротивление при повороте рукоятки управления до отказа против часовой стрелки (пусковое положение) и сопротивление равно нулю при повороте рукоятки до отказа по часовой стрелке (рабочее положение). |
О...200 Ом, 0,8 А |
|
325.1. Блок однофазных трансформаторов Предназначен для преобразования однофазного / трехфазного напряжений. |
3х80 В.А; 240, 230, 220, 133, 127, 115 /240,230, 220,133,127,115 В |
|
Продолжение таблицы 1 |
|
|
1 |
2 |
|
327. Коннектор Предназначен для обеспечения удобного доступа к входам / выходам платы сбора данных РС-516 персонального компьютера. |
4 аналог, диф. входа; 8 цифр. входов/ выходов |
|
402.1. Блок датчиков тока и напряжения Предназначен для получения нормированных сигналов, пропорциональных токам и напряжениям. |
3 датчика напряжения 600/3 В; 3 датчика тока 1,5 А/3 В |
|
501. Мультиметр Предназначен для измерения токов, напряжений, активного сопротивления. Цифровой с жидкокристаллическим дисплеем. |
0...1000 В; 0...10 А; 0...20 Мом |
|
504. Измеритель напряжений и частот Предназначен для измерения напряжений и частот переменных напряжений. Выполнен на основе цифро-аналоговых показывающих приборов. |
2 вольтметра 0...500В- 2 частотомера 45...55 Гц; 220 В ~ |
|
505. Фазометр Предназначен для измерения и отображения в аналоговой форме угла сдвига фаз между ЭДС синхронной машины и напряжением электрической сети. Имеет выходные гнёзда для подключения к ПЭВМ. |
-180°...О...180° |
|
506.1. Указатель частоты вращения Предназначен для отображения частоты вращения электрических машин в электромашинном агрегате, в аналоговой форме. |
2000...0...2000 мин –1 |
|
507.1. Измеритель мощностей* Предназначен для измерения активной и реактивной мощностей в трехфазных цепях, и отображения их в аналоговой форме. |
100...0...100 Вт; 200...0...200Вт; 400...0...400Вт; 100...0...100В.Ap; 200...0...200 В.Ap; 400...0...400 В.Ap; (220В) |
* Измеритель мощностей 507.2 предназначен для работы в однофазных и симметричных трехфазных цепях. При соединении статорных обмоток электрической машины звездой достаточно подать в последовательную катушку измерителя ток одной из фаз, соединив, например, гнездо машины «U1» (рис.1.1) с гнездом «0» измерителя, а гнездо «I» измерителя – с гнездом «L1» трехфазного источника питания. Параллельную катушку включают к напряжению этой же фазы (гнездо «U» измерителя – к гнезду «U2» машины).
[1, с. 15…117; 2, с.13…94; 3, с.241…356]
Цель работы – исследование однофазного силового трансформатора в режимах холостого хода, опытного короткого замыкания и при работе на нагрузку.
I. Общие сведения и описание установки
Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте.
Простейший трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода и двух изолированных друг от друга обмоток. Магнитопровод из электротехнической стали служит для усиления электромагнитной связи обмоток. Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопровод набирается из отдельных листов, покрытых тонкой пленкой изоляционного лака.
Принцип действия трансформатора основан на законе электромагнитной индукция и заключается в следующем. Если одну из обмоток трансформатора подключить к источнику переменного напряжения, то по этой обмотке, называемой первичной, потечет переменный ток, который создаст в магнитопроводе переменный магнитный поток, изменяющийся с частотой приложенного к обмотке напряжения.
Переменный магнитный поток индуктирует в первичной обмотке ЭДС самоиндукции, а во вторичной – ЭДС взаимоиндукции. Величины ЭДС определяются магнитным потоком к количеством витков обмоток. При подключении на зажимы вторичной обмотки приемника электрической энергии по цепи этой обмотки потечет переменный ток той же частоты, но отличающийся от тока первичной обмотки величиной и напряжением.
Принципиальная схема однофазного нагруженного трансформатора приведена на рис. 5.1. Уравнения электромагнитного равновесия трансформатора записываются на основе закона Кирхгофа и имеют вид:
; (5.1)
; (5.2)
, (5.3)
где – коэффициент трансформации; и – напряжения на зажимах первичной и вторичной обмоток; и – токи первичной и вторичной обмоток; – ток вторичной обмотки, приведенной к числу витков первичной обмотки; w1 и w2 – число витков первичной и вторичной обмоток; Zн – комплекс полного сопротивления приемников электроэнергии; Z1 и Z2 – комплексы полных сопротивлений обмоток трансформатора.
Рис. 5.1
Действующие значения ЭДС обмоток равны:
(5.4)
; (5.5)
, (5.6)
где Ф0m и Вm – максимальные значения основного магнитного потока и магнитной индукции; Fc – поперечное сечение стали сердечника.
Номинальная мощность, измеряемая в вольт-амперах (В·А), однофазного силового трансформатора
. (5.7)
Режимы работы трансформатора
Холостым ходом называется такой режим, при котором трансформатор работает с разомкнутой вторичной обмоткой, т.е. при отключенных приемниках электроэнергии.
В режиме холостого хода первичная обмотка трансформатора потребляет от источника небольшой, чисто реактивный ток, создающий основной магнитный поток трансформатора. Величина тока холостого хода составляет
,
Мощность, потребляемая трансформатором в этом режиме, практически равна магнитным потерям, т.е. потерям в стали сердечника на перемагничивание (гистерезис) рг, и вихревые токи pн:
. (5.8)
Электрическими потерями на нагревание обмоток при этом можно пренебречь, так как во вторичной обмотке они отсутствуют, а в первичной – пренебрежимо малы.
У современных силовых трансформаторов потери в стали составляют
.
Так как при холостом ходе
,
а частота тока постоянна, то U1=kBm и рст=k1Bm2 или рст=k2U12, т.е. потери в стали пропорциональны квадрату напряжения первичной обмотки.
При U1=const P0=pст=const.
Коэффициент мощности трансформатора в режиме холостого хода cosj10=P0/(U1I10)= 0,15…0,08.
Поскольку при холостом ходе трансформатора U1≈E1 и U20=E2, то из этого режима можно определить коэффициент трансформации k, а при известном числе витков обмотки и магнитный поток:
; (5.9)
. (5.10)
Для выявления свойств магнитной цепи трансформатора определяются характеристики холостого хода, которыми называется зависимость величин I10, P0, cosj10 от напряжения U1 при zн=∞. Параметры z0, R0, x0 обычно вычисляются при номинальном напряжении U1.
Нагрузочный режим является основным рабочим режимом трансформатора. Вследствие относительно небольшой величины падения напряжения в первичной обмотке I1z1=(2…5)%U1 можно считать, что U1≈E1=4,44fw1Ф0m и U1=const, Ф0m=const, т.е. амплитуда основного магнитного потока, а, следовательно, намагничивающий ток и потери в стали сердечника практически постоянны и не зависят от нагрузки трансформатора.
Важнейшей эксплуатационной характеристикой нагруженного трансформатора является внешняя характеристика: U2=f(I2) при U1=U1н=const и cosj2=const.
Вид внешних характеристик определяется характером нагрузки, т.е. параметрами приемников электроэнергии, от которых зависят величина и фаза вторичного тока. Внешние характеристики трансформатора при активной, индуктивной и емкостной нагрузках изображены на рис. 5.2.
Рис.5.2
Относительное изменение вторичного напряжения трансформатора
(5.11)
называют потерей напряжения в трансформаторе.
Потеря напряжения непосредственно связана с напряжением короткого замыкания трансформатора
, (5.12)
где uк – напряжение короткого замыкания, %; b=I2/I2н – коэффициент загрузки трансформатора, j - угол между векторами напряжения и тока.
При известном Du вторичное напряжение трансформатора определяется по формуле
. (5.13)
Потери мощности в нагрузочном режиме складываются из постоянных магнитных и переменных электрических потерь
.
Коротким замыканием называется такой режим работы трансформатора, при котором вторичная обмотка замкнута накоротко, а к первичной обмотке подведено напряжение.
Короткое замыкание, возникающее при номинальном напряжении на первичной обмотке, является аварийным режимом. Трансформатор при этом может быть разрушен, так как токи в обмотках достигают величин, превышающих номинальные в 10…20 раз у трансформаторов высокого напряжения и в 20…40 раз у трансформаторов низкого напряжения. Элементы защиты должны немедленно отключать трансформатор при возникновении таких эксплуатационных коротких замыканий.
Опытное короткое замыкание производится при исследовании трансформатора. К первичной обмотке подводится пониженное напряжение, при котором токи в обмотках равны номинальным. Это напряжение, называемое напряжением короткого замыкания и указываемое в процентах для высоковольтных трансформаторов, составляет
.
Основной магнитный поток трансформатора при опытном коротком замыкании также составляет 5…10% от потока номинального режима. Потерями в стали pст≡Ф02 и намагничивающим током в этом режиме можно пренебречь.
Мощность, потребляемая трансформатором, практически вся расходуется на нагревание обмоток, т.е. представляет собой электрические потери трансформатора
, (5.14)
где Rк – активное сопротивление короткого замыкания трансформатора.
При токах, отличных от номинального, потери в обмотках определяются из зависимости
. (5.15)
У современных силовых трансформаторов электрические потери в обмотках составляют
при коэффициенте мощности
. (5.16)
Потери и КПД силового трансформатора
Преобразование электрической энергии в трансформаторе сопровождается магнитными и электрическими потерями.
Магнитные потери (потери в стали) при U1=const не зависят от нагрузки трансформатора, называются постоянными и определяются из режима холостого хода по формуле (5.8).
Электрические потери на нагревание обмоток, пропорциональные квадрату токов и зависящие от нагрузки трансформатора, называются переменными и определяются из опыта короткого замыкания по формуле (5.15).
Суммарные потери составляют
,
КПД трансформатора
, (5.17)
где P1 и Р2 – потребляемая и полезная активные мощности трансформатора.
Современные силовые трансформаторы имеют КПД, равный 0,95…0,995. Зависимость КПД трансформатора от нагрузки и cosj2 показана на рис. 5.3. Относительная разность мощностей Р1 и Р2 при этом оказывается сравнимой с погрешностью электроизмерительных приборов. Поэтому при определении КПД рекомендуется измерять одну из мощностей, а другую определять по измеренной мощности и потерям.
Рис. 5.3
КПД может быть вычислен по формулам:
. (5.18)
При использовании паспортных данных трансформатора КПД определяется зависимостью
. (5.19)
Для наглядного представления рабочих свойств трансформатора по результатам исследования под нагрузкой могут быть построены графики P1=f(P2), I1=f(P2), cosj1=f(P2), U2=f(P2), h=f(P2) при U1=U1н и cosj2=const.
Схема замещения трансформатора
Схемой замещения трансформатора называется электрическая цепь, в которой магнитная связь между обмотками заменена электрической связью между активно-индуктивными элементами. Схема замещения описывается теми же уравнениями и имеет энергетические характеристики, эквивалентные реальному трансформатору.
Наибольшее применение на практике имеет упрощенная Г-образная схема замещения (рис. 5.4). Для мощных трансформаторов применяется простейшая схема (рис. 5.5).
Параметры схемы замещения определяются по результатам опытов холостого хода при U1=U1н и короткого замыкания:
Рис. 5.4 Рис. 5.5
Контрольные вопросы и задания
1. Где и для каких целей используются трансформаторы в технике?
2. Объясните устройство, назначение основных элементов конструкции и принцип действия двухобмоточного силового трансформатора.
3. Почему для изготовления магнитопровода трансформатора применяется специальная листовая электротехническая сталь?
4. Какими номинальными данными характеризуется силовой трансформатор?
5. Напишите основные уравнения двухобмоточного трансформатора: уравнение ЭДС для первичной и вторичной обмоток, уравнение намагничивающих сил.
6. Охарактеризуйте режим холостого хода силового трансформатора и особенности этого режима работы.
7. Укажите примерные соотношения между величинами тока, мощности и коэффициента мощности в режиме холостого хода и номинальном режиме.
8. Какие потери энергии (мощности) возможны в трансформаторе при холостом ходе, как они связаны с основным магнитным потоком и напряжением первичной обмотки трансформатора?
9. Что называется коэффициентом трансформации трансформатора? Как определить его расчетным и опытным путем?
10. Как производится опыт холостого хода и что определяется по результатам этого опыта?
11. Охарактеризуйте режим короткого замыкания трансформатора. Чем отличается опытное короткое замыкание от эксплуатационного?
12. Укажите примерные соотношения между величинами напряжения, тока, мощности и коэффициента мощности опытного короткого замыкания и номинального режима.
13. Какие потери энергии мощности имеют место в трансформаторе при опытном коротком замыкании, какова их величина по сравнению с потерями холостого хода?
14. Как производится опыт короткого замыкания л что определяется по результатам этого опыта?
15. Как и почему изменяется вторичное напряжение трансформатора при изменении величины и характера нагрузки?
16. Что называется внешней характеристикой трансформатора и какой вид она имеет при различных по характеру нагрузках: активной, индуктивной, емкостной?
17. Что называется относительным изменением или потерей напряжения в трансформаторе, от чего оно зависит и как связано с напряжением короткого замыкания трансформатора?
18. Какие потери энергии (мощности) имеют место в трансформаторе, работающем под нагрузкой, как эти потери определяются экспериментально?
19. Как зависят величины КПД и cosj1 трансформатора от степени его загрузки? Почему режим работы трансформатора при малой загрузке считается неэкономичным?
20. Чему равен КПД современных силовых трансформаторов, как он вычисляется по опытным и номинальным данным, при какой по величине нагрузке достигает максимального значения?
21. Что представляет собой упрощенная Г-образная схема замещения трансформатора и как определяются по опытным или каталожным данным ее параметры?
22. Какие параметры схемы замещения зависят от величины первичного напряжения трансформатора? Какой примерно вид имеют эта зависимости?
Для трансформатора ОСБ–1,1/0,22 с Sн=1,1 кВт, U1н=220 В, U2н=127 В, P0=70 Вт, Pк=100 Вт определить I1н, I2н, P2, cosj1, b, h, DU для варианта, соответствующего номеру бригады (табл. Р5.1).
Таблица Р5.1
|
Номер бригады |
U1, В |
I1, A |
P1, Вт |
U2, В |
I2, А |
|
1 |
220 |
2.3 |
330 |
123 |
2,1 |
|
2 |
220 |
3,1 |
550 |
1Л |
3.7 |
|
3 |
220 |
3,U |
680 |
123 |
4,7 |
|
4 |
220 |
4.2 |
820 |
i22 |
5,9 |
|
S |
220 |
4.Я |
840 |
121 |
7,1 |
|
6 |
220 |
5,3 |
1060 |
120. |
8,2 |
|
7 |
220 |
5,7 |
1140 |
110 |
8,8 |
|
8 |
220 |
6,4 |
1300 |
114 |
10,0 |
II. Порядок выполнения работы
Собрать электрическую схему рис. 5.6 с учетом П.1-5 краткой инструкции по технике безопасности.
Рис. 5.6. Электрическая схема соединений для исследования трансформатора
Регулировочную рукоятку автотрансформатора А3 поверните против часовой стрелки до упора.
Установите регулировочные рукоятки переключателей активной нагрузки А2 в положение "0".
Переключателем в блоке А1 установите номинальное первичное напряжение трансформатора 230 В (U1=U1н=const).
Включите питание автотрансформатора А3.
Характеристика холостого хода.
Вращая регулировочную рукоятку автотрансформатора А3, устанавливайте напряжение, прикладываемое к первичной обмотке испытуемого трансформатора, от 0 до 1,15Uн. Измеряйте и заносите показания вольтметров блока измерителей Р3, амперметра Р1, ваттметра и варметра измерителя Р4 мощностей в таблицу 5.1.
Таблица 5.1
|
U1, А |
0 |
20 |
40 |
100 |
150 |
200 |
220 |
246 |
|
U2o,.B |
0 |
19 |
59 |
98 |
148 |
198 |
219 |
245 |
|
I1o |
0 |
0,001 |
0,003 |
0,006 |
0,009 |
0,015 |
0,017 |
0,029 |
|
Pо, Вт |
0 |
0 |
0,3 |
0,75 |
1,5 |
2,5 |
3 |
4 |
|
Q, В.Ар |
0 |
0 |
0,1 |
0,1 |
0,75 |
1 |
2 |
6 |
|
- |
0 |
2,5 |
1,25 |
1,1 |
0,83 |
0,8 |
0,56 |
|
|
k |
- |
1,05 |
0,6 |
1,02 |
1,01 |
1,01 |
1,005 |
1 |
Установите номинальное напряжение первичной обмотки испытуемого трансформатора U1= 230 В и измерьте величину тока холостого хода I1o. Определите коэффициент трансформации k= U1/U2o.
Внешняя характеристика трансформатора.
Перемещая регулировочные рукоятки активной нагрузки А2 по часовой стрелке, заносите показания вольтметров V1, V2 блока измерителей Р3, амперметров Р1, P2 и ваттметра измерителя мощностей Р4 в таблицу 5.2.
Таблица 5.2
|
U1, А |
230 |
230 |
229 |
229 |
228 |
227 |
|
U2, B |
229 |
229 |
227 |
227 |
227 |
226 |
|
I1, А |
0,02 |
0,156 |
0,29 |
0,42 |
0,545 |
0,662 |
|
I2, А |
0 |
0,138 |
0,271 |
0,398 |
0,521 |
0,638 |
|
P1, Вт |
30 |
36 |
60 |
95 |
125 |
150 |
Характеристика короткого замыкания.
Регулировочную рукоятку автотрансформатора А3 поверните против часовой стрелки до упора.
Выключите питание автотрансформатора А3.
Замкните вторичную обмотку трансформатора накоротко (Rн=0), вставив замыкающий гибкий проводник в гнезда блока активной нагрузки А2.
Подключите для увеличения точности измерения напряжения короткого замыкания Uк мультиметр в режиме вольтметра Р5 параллельно вольтметру V1 измерителя P3.
Включите питание автотрансформатора А3.
Вращая осторожно регулировочную рукоятку автотрансформатора А2 и увеличивайте напряжение U1, так чтобы ток в первичной обмотке испытуемого трансформатора, достиг номинального значения I1ном. Занесите показания (6-7 значений) вольтметра V1 блока измерителей Р3, амперметра Р1 и ваттметра измерителя мощностей Р4 в таблицу 5.3.
Установите ток в первичной обмотке испытуемого трансформатора I1к, равным номинальному (0,35 А). Измерьте величину напряжения короткого замыкания Uк испытуемого трансформатора. Вычислите относительное значение напряжения короткого замыкания трансформатора uк= 100(Uк/230).
Таблица 5.3
|
Uk, В |
0 |
16 |
0 |
|
I1k, А |
0,47 |
0,51 |
0 |
|
P1, Вт |
0 |
8,5 |
0 |
|
uк, В |
0 |
6,96 |
0 |
По завершении эксперимента отключите источник G1.
По результатам измерений вычислить: коэффициент трансформации k, параметры упрощенной Г-образной схемы замещения z0, R0, x0, zк, Rк, xк. Определить P1, cosj1, h при номинальной нагрузке =1, U1=U1н.
Вычислить относительную величину тока I10, мощности P0 холостого хода, напряжения короткого замыкания Uк и мощности короткого замыкания Рк в процентах от номинальных значений.
Расчет:
Графические характеристики
III. Содержание отчета
1. Электрическая схема соединений трансформатора.
2. Таблицы с результатами измерений и расчетов.
3. Расчетные формулы с краткими пояснениями.
4. Параметры трансформатора.
5. Графики характеристик
- холостого хода I10, P0, cosj10 от напряжения U1 при Rн=∞ (табл.5.1);
- внешней U2=f(I2) при U1=U1н=const; cosj2=const (табл.5.2);
- короткого замыкания I1к=(Uк) при Rн=0 (табл.5.3).
6. Упрощенная Г-образная схема замещения трансформатора с ее параметрами.
7. Относительные величины напряжения короткого замыкания uk и мощности Рк.