Отчет. Исследование двухобмоточного трехфазного трансформатора при симметричной нагрузке
 Скачать 467.76 Kb.
|
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХОБМОТОЧНОГО ТРЕХФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ПРИ СИММЕТРИЧНОЙ НАГРУЗКЕ 2.1.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Изучить основные элементы конструкции, принцип действия трансформатора; провести опыты холостого хода и короткого замыка- ния; исследовать эксплуатационные характеристики. 2.1.2. ПРОГРАММА РАБОТЫ 2.1.2.1. Ознакомиться с лабораторной установкой. 2.1.2.2. Провести опыт холостого хода для: определения коэффициента трансформации; определения коэффициента мощности холостого хода; построения характеристик холостого хода и определения их номи- нальных значений; определения параметров схемы замещения при холостом ходе. 2.1.2.3. Провести опыт короткого замыкания для: определения коэффициента мощности короткого замыкания; построения характеристик короткого замыкания и определения их номинальных значений; определения параметров схемы замещения при коротком замыка- нии. 2.1.2.4. Рассчитать и построить эксплуатационные характеристики: коэффициент полезного действия (КПД) от величины нагрузки при активном и индуктивном ее характере; напряжение вторичной обмотки от величины коэффициента нагрузки при активном, активно-индуктивном, активно-емкостном характерах нагрузки. изменение вторичного напряжения обмотки от характера нагрузки при неизменной ее величине. 2.1.2.7. Сделать основные выводы по результатам исследований. 2.1.3. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ Плавное регулирование величины напряжения, подаваемого на первичную обмотку трансформатора, осуществляется индукционным регулятором ИР. Управление регулятором ИР осуществляется тумблером SA2 пе- редней панели лабораторной установки. Этот тумблер имеет три поло- 4 жения: среднее (постоянное, фиксирующееся), верхнее и нижнее. При удержании тумблера SA2 в верхнем положении напряжение регулятора увеличивается, при удержании тумблера в нижнем положении напря- жение регулятора уменьшается, при среднем положении тумблера ве- личина напряжения фиксируется. Плавно изменяющееся напряжение регулятора подается на первич- ную обмотку исследуемого трансформатора. Для этого необходимо предварительно собрать электрическую схему, соответствующую кон- кретному исследованию. Проводимые исследования подразделяются на экспериментальные и аналитические. Экспериментальные исследования проводятся в виде опытов холо- стого хода и короткого замыкания. По результатам этих опытов полу- чают коэффициент трансформации, параметры схемы замещения, но- минальные величины характеристик холостого хода и короткого замы- кания. Аналитические исследования позволят оценить работу трансфор- матора при симметричной нагрузке. Для этого рассчитываются эксплуа- тационные характеристики, представляющие практический интерес, без непосредственного нагружения исследуемого трансформатора. Проведение опытов холостого хода и короткого замыкания требует разных диапазонов регулирования напряжения, подаваемого на первич- ную обмотку исследуемого трансформатора. При опыте холостого хода плавно регулируемое напряжение подается непосредственно, напрямую, от регулятора ИР. При опыте короткого замыкания плавно регулируе- мое напряжение подается с регулятора ИР через понижающий транс- форматор. Переключатель SA1 на передней панели лабораторной установки с двумя фиксируемыми положениями «ХХ» и «КЗ» позволяет обеспечи- вать нужный диапазон регулирования напряжения. Такие измерительные приборы, как ваттметр и амперметр, имеют двойные шкалы, что дает возможность использовать их без замены в опытах холостого хода и короткого замыкания. 2.1.4. ОПЫТ ХОЛОСТОГО ХОДА Режим холостого хода трансформатора – работа его при номиналь- ном напряжении Н U 1 номинальной частоты на первичной обмотке и от- сутствии тока во вторичной обмотке. Опыт холостого хода проводится при изменении напряжения на первичной обмотке трансформатора в 5 диапазоне (0,3 1,2) Н U 1 Электрическая схема опыта холостого хода изображена на рис. 2.1.1. Рис. 2.1.1. Электрическая схема опыта холостого хода Используется минимальное количество измерительных приборов, фиксирующих ток, напряжение, ЭДС и активную мощность одной из фаз, указанной преподавателем. Результаты измерений и расчетов пред- ставляются в виде табл. 2.1.1, где 0 P - утроенные показания ваттметра. Таблица 2.1.1 Результаты опыта холостого хода № опы- та Измерения Расчеты 1 U 20 U 0 I Ф P 0 0 P 0 cos k = ; H I 0 , А; H i 0 , %; H 0 Вт; H 0 cos = . В В А Вт Вт - 1 5 При проведении опыта холостого хода устанавливаются не менее пяти по возможности равномерно распределенных значений напряже- ния 1 U в указанном выше диапазоне. 2.1.4.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРАНСФОРМАЦИИ C Z а c z PW1 A W PA1 V V PV1 PV2 ИР A B X У x y * b 6 Коэффициент трансформации представляет отношение фазной ЭДС обмотки высшего напряжения к фазной ЭДС обмотки низшего напряжения независимо от того какая из обмоток является первичной. С достаточной точностью коэффициент трансформации можно определить учитывая, что 1 1 U E , а 20 2 U E . Коэффициент трансфор- мации рассчитывается при H U U 1 1 и для исследуемого понижающего трансформатора равен 20 1 /U U k . (2.1.1) 2.1.4.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ Коэффициент мощности холостого хода определяется по формуле 0 1 0 0 / cos I U P Ф , (2.1.2) где Ф P 0 - активная мощность фазы, потребляемая при холостом ходе, Вт; , 1 U 0 I - фазные значения напряжения и тока первичной обмотки, соответственно В, А. 2.1.4.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОМИНАЛЬНЫХ ВЕЛИЧИН ХАРАКТЕРИСТИК ХОЛОСТОГО ХОДА Номинальные значения тока холостого хода H I 0 , мощности H 0 , коэффициента мощности H 0 cos определяются для H U U 1 1 , исполь- зуя построенные в одних осях координат характеристики холостого хо- да: ) ( 1 0 U f I , ) ( 1 0 U f , ) ( cos 1 0 U f Значение номинального тока холостого хода в процентах H i 0 рас- считывается относительно номинального тока первичной обмотки ,% / 100 1 0 0 H H H I I i . (2.1.3) 2.1.4.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ПРИ ХОЛОСТОМ ХОДЕ Параметры схемы замещения можно определить по результатам опытов холостого хода и короткого замыкания. В расчетах используют- ся номинальные значения характеристик холостого хода и короткого замыкания. 7 Рис. 2.1.2. Схема замещения трансформатора при холостом ходе Схема замещения при холостом ходе содержит следующие пара- метры: 1 r - активное сопротивление фазы первичной обмотки; 1 x - индуктивное сопротивление рассеяния фазы первичной об- мотки; m m x r , - активное и индуктивное сопротивления ветви намагни- чивания. По результатам опыта холостого хода для H U U 1 1 можно найти H m I U 0 1 1 / ; ) 3 /( 2 0 0 1 H H m I P r r . (2.1.4) Так как обычно 1 m Z и 1 r r m , то можно считать H m I U 0 1 / ; ) 3 /( 2 0 0 H H m I P r ; 2 2 m m m r Z x . (2.1.5) Остальные параметры схемы замещения трансформатора при холо- стом ходе ( 1 r , 1 x ) определяются по результатам опыта короткого за- мыкания. 2.1.5. ОПЫТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ Короткое замыкание – аварийное состояние трансформатора, т.к. при замкнутой накоротко вторичной обмотке номинальное напряжение первичной обмотки вызывает протекание в обеих обмотках токов в де- сятки раз превышающих номинальные. При проведении опыта коротко- го замыкания – работа трансформатора при замкнутой накоротко вто- ричной обмотке, когда к первичной обмотке подведено такое понижен- ное напряжение номинальной частоты, что токи в обмотках допускают- ся не более 1,1 1,2 номинальных значений. Электрическая схема опыта короткого замыкания изображена на рис. 2.1.3. r m х m U 1 İ 0 r 1 1 x 8 Рис. 2.1.3. Электрическая схема опыта короткого замыкания Указанное предельное значение тока является исходным при про- ведении опыта, затем напряжение уменьшается для получения не менее пяти значений по каждому измеряемому параметру. Результаты измере- ний и расчетов представляются в виде табл. 2.1.2, где K - утроенные показания ваттметра. Таблица 2.1.2 Результаты опыта короткого замыкания № опыта Измерения Расчеты K U 1 K I 1 KФ P K K cos % K U %; KH Вт; K cos В А Вт Вт - 1 5 2.1.5.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ Коэффициент мощности короткого замыкания определяется по формуле K K KФ K I U Р 1 1 / cos , (2.1.6) где KФ - активная фазная мощность, потребляемая при коротком замыкании, Вт; K U 1 , K I 1 - фазные значения напряжения и тока первичной обмот- ки при коротком замыкании, соответственно В, А. C Z PW1 A W PA1 V PV1 ИР A B X У а b c x y z * 9 2.1.5.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОМИНАЛЬНЫХ ВЕЛИЧИН ХАРАКТЕРИСТИК КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ Номинальные значения мощности KH , коэффициента мощности K cos , напряжения KH U 1 определяют для H K I I 1 1 , используя по- строенные в одних осях координат характеристики короткого замыка- ния: ) ( 1 1 K K U f I , ) ( 1K K U f , ) ( cos 1K K U f Значение номинального напряжения короткого замыкания в про- центах рассчитывается относительно номинального напряжения фазы первичной обмотки H KH K U U U 1 1 % / 100 . (2.1.7) 2.1.5.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ПРИ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ Рис. 2.1.4. Схема замещения трансформатора при опыте короткого замыкания H KH K I U Z 1 1 / ; ) 3 /( 2 1H KH K I P r ; 2 2 K K K r Z X . (2.1.8) Приближенно можно принять, используя результаты опыта корот- кого замыкания, 2 / 2 1 K ; 2 / 2 1 K r r r ; , 2 / 2 1 K x x x (2.1.9) где 1 - полное сопротивление фазы первичной обмотки; 2 - приведенное полное сопротивление фазы вторичной обмотки; K - полное сопротивление фазы схемы замещения при опыте ко- роткого замыкания; 2 r - приведенное активное сопротивление фазы вторичной обмот- ки; 2 x - приведенное индуктивное сопротивление рассеяния фазы вторичной обмотки; r K x K İ 1К = -İ´ 2К U 1К 10 K r - активное сопротивление фазы схемы замещения при опыте короткого замыкания; K x - индуктивное сопротивление фазы схемы замещения при опыте короткого замыкания. 2.1.6. РАСЧЕТ ЗАВИСИМОСТЕЙ КПД ОТ ВЕЛИЧИНЫ И ХАРАКТЕРА НАГРУЗКИ Для проведения расчетов используется упрощенная схема замеще- ния трансформатора, результаты опытов холостого хода и короткого замыкания. Это позволяет полагать, что 2 1 cos cos , а коэффициент нагрузки / / / 1 1 2 2 2 2 H H H HГ I I I I I I K (2.1.10) КПД трансформатора при H U U 1 1 , const f и заданном харак- тере нагрузки ( const 2 cos ) определяется следующим образом ,%, / 100 / 100 1 1 1 2 (2.1.11) где ; cos 3 cos 3 2 1 1 1 1 1 1 H H HГ H U U (2.1.12) KH HГ H K H P K P P P P 2 0 0 . (2.1.13) Изменение коэффициента нагрузки принять в пределах 0 1,2 для не менее пяти по возможности равномерно распределенных значений. Результаты расчетов для двух значений const 2 cos представляют в виде табл. 2.1.3 и строят в одних осях координат две зависимости ) ( HГ f Таблица 2.1.3 Результаты расчетов коэффициента полезного действия № опы та HГ P 1 cos 2 8 , 0 cos 2 Примечание 1 2 1 2 Вт Вт Вт % Вт Вт % 1 5 : 1 cos 2 max %; : 8 , 0 cos 2 max %. При HГ =0, ∑Р= H 0 , 1 = H 0 , т.е. η=0. КПД достигает максимального значения при такой нагрузке, когда суммарные потери в обмотках становятся равными потерям в магнит- ной системе: H KH HГ 0 2 , (2.1.14) что соответствует 11 KH H HГ P P K / 0 . (2.1.15) Значения max для двух значений 2 cos рассчитываются по выше приведенным формулам. 2.1.7. РАСЧЕТ ВНЕШНИХ ХАРАКТЕРИСТИК Внешняя характеристика – зависимость ) ( 2 HГ f U при H U U 1 1 , const f , 1 2 cos cos =const. При проведении расчетов используются упрощенная схема заме- щения трансформатора и результаты опыта короткого замыкания. Ко- эффициент нагрузки изменяют в пределах 0 1,2 для не менее пяти по возможности равномерно распределенных значений. Характер нагрузки задается тремя значениями 2 cos Внешняя характеристика трансформатора определяются арифмети- ческой разностью между фазным вторичным напряжением при холо- стом ходе (100%) и падением напряжения в фазе при нагрузке U U 100 % 2 , (2.1.16) где ) sin cos ( 2 % 2 % Kр Kа HГ U U K U , %; (2.1.17) H K H Ka U r I U 1 1 % / 100 ; 2 % 2 % % Kа K Kр U U U ; (2.1.18) % % , Kр Kа U U - активная и реактивная составляющие номинального напряжения короткого замыкания. Результаты расчетов представляют в виде табл. 2.1.4. и строят в одних осях координат три внешних характеристики ) ( % 2 HГ K f U Таблица 2.1.4 Результаты расчетов внешних характеристик № опы та HГ K 1 cos 2 8 , 0 cos 2 8 , 0 ) cos( 2 Примечание ,% U % 2 U ,% U % 2 U ,% U % 2 U 1 5 % K U ; % Kа U ; % Kр U 12 2.1.8. РАСЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ВТОРИЧНОЙ ОБМОТКИ ТРАНСФОРМАТОРА ОТ ХАРАКТЕРА НАГРУЗКИ ПРИ НОМИНАЛЬНОЙ ЕЕ ВЕЛИЧИНЕ Изменение напряжения вторичной обмотки U рассчитывают по выше приведенной формуле при H U U 1 1 , const f , 1 HГ K . Пред- ставляют в виде табл. 2.1.5 и строят зависимость ) ( 2 f U Таблица 2.1.5 Результаты расчетов изменения напряжения вторичной обмотки от 2 2 град -90 -75 -60 -45 -30 -15 0 U % Окончание табл. 2.1.5 2 град 15 30 45 60 75 90 U % 2.1.9. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ При анализе полученных результатов исследований необходимо дать в отчете следующие пояснения. Характеристики холостого хода трансформатора: для чего проводится опыт холостого хода; что такое номинальные величины характеристик холостого хода; причины поведения каждой из характеристик; указать, что принято считать потерями холостого хода трансфор- матора; привести обоснование сделанных пояснений. Характеристики короткого замыкания: для чего проводится опыт короткого замыкания; что такое номинальные величины характеристик короткого замы- кания; причины поведения каждой из характеристик; указать, что принято считать потерями короткого замыкания; привести обоснование сделанных пояснений. Зависимости коэффициента полезного действия трансформатора от величины и характера нагрузки: какой вид имеет зависимость ) ( HГ K f и как изменяется соот- ношение между потерями в магнитной системе и в обмотках, как влияет характер нагрузки на КПД и чем это объясняется. Внешние характеристики трансформатора: 13 какой вид имеют характеристики и чем это объясняется. Изменение напряжения вторичной обмотки от характера нагруз- ки при неизменной ее величине: какой вид имеет зависимость ) ( 2 f U ; при каком значении угла 2 отсутствует падение напряжения в фа- зе, и какой при этом характер нагрузки; при каком значении угла 2 имеет максимальное значение падения напряжения в фазе, и какой при этом характер нагрузки. 2.1.10. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПРИ ДОПУСКЕ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ 2.1.10.1. Перечислите основные элементы конструкции трансфор- матора и поясните их назначение. 2.1.10.2. Поясните принцип действия и назначение трансформато- ра. 2.1.10.3. Какой тип магнитной системы у исследуемого трансфор- матора? 2.1.10.4. Какие типы магнитных систем используются у трехфаз- ных трансформаторов? 2.1.10.5. Чем отличаются понижающий и повышающий трансфор- маторы? 2.1.10.6. Поясните холостой ход, как режим работы трансформато- ра. 2.1.10.7. Для чего проводится опыт холостого хода? 2.1.10.8. Какие оборудование и приборы необходимы для проведе- ния опытов холостого хода и короткого замыкания? 2.1.10.9. В какой последовательности проводится опыт холостого хода? 2.1.10.10. Как может быть определен коэффициент трансформации? 2.1.10.11. Когда короткое замыкание является аварийным? 2.1.10.12. Чем отличается опыт короткого замыкания от аварийно- го? 2.1.10.13. Для чего проводится опыт короткого замыкания? 2.1.10.14. В какой последовательности проводится опыт короткого замыкания? 2.1.10.15. Что такое номинальное напряжение короткого замыка- ния? 14 2.1.11. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПРИ ЗАЩИТЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ 2.1.11.1. Изобразите электрическую схему опыта холостого хода трехфазного трансформатора и дайте необходимые пояснения. 2.1.11.2. Перечислите условия, при соблюдении которых проводит- ся опыт холостого хода. 2.1.11.3. Какие зависимости называют характеристиками холостого хода трансформатора, при соблюдении каких условий их получают? 2.1.11.4. Изобразите и объясните зависимость тока холостого хода трансформатора от величины подводимого напряжения. 2.1.11.5. Изобразите и объясните зависимость потерь холостого хо- да трансформатора от величины подводимого напряжения. 2.1.11.6. Изобразите и объясните зависимость коэффициента мощ- ности холостого хода трансформатора от величины подводимого напряжения. 2.1.11.7. Какие величины характеристик холостого хода называют номинальными? 2.1.11.8. Какие параметры схемы замещения трансформатора опре- деляются по результатам опыта холостого хода? 2.1.11.9. Поясните, как определяются параметры схемы замещения трансформатора по результатам опыта холостого хода? 2.1.11.10. Как определить коэффициент трансформации по резуль- татам опыта холостого хода? 2.1.11.11. Как получить по результатам опыта холостого хода трехфазного трансформатора значение коэффициента мощности? 2.1.11.12. Изобразите электрическую схему опыта короткого замы- кания трехфазного трансформатора и дайте необходимые пояснения. 2.1.11.13. Перечислите условия, при соблюдении которых прово- дится опыт короткого замыкания. 2.1.11.14. Какие зависимости называют характеристиками коротко- го замыкания трансформатора, при соблюдении каких условий они по- лучаются? 2.1.11.15. Изобразите и объясните зависимость коэффициента мощности короткого замыкания трансформатора от величины подводи- мого напряжения. 2.1.11.16. Изобразите и объясните зависимость потерь короткого замыкания трансформатора от величины подводимого напряжения. 2.1.11.17. Изобразите и объясните зависимость тока короткого за- мыкания трансформатора от величины подводимого напряжения. 2.1.11.18. Как получить по результатам опыта короткого замыкания трехфазного трансформатора значение коэффициента мощности? 15 2.1.11.19. Какие параметры схемы замещения трансформатора определяются по результатам опыта короткого замыкания? 2.1.11.20. Поясните, как определяются параметры схемы замеще- ния трансформатора по результатам опыта короткого замыкания? 2.1.11.21. Как определяется номинальное напряжение короткого замыкания трансформатора? 2.1.11.22. Изобразите зависимость КПД трансформатора от коэф- фициента нагрузки и дайте необходимые пояснения. 2.1.11.23. Изобразите в одних осях координат зависимость КПД трансформатора от коэффициента нагрузки при двух разных значениях коэффициента мощности и дайте необходимые пояснения. 2.1.11.24. Когда трансформатор работает с максимальным КПД и как определить коэффициент нагрузки для этого состояния? 2.1.11.25. Изобразите в одних осях координат внешние характери- стики трансформатора при активной, активно–индуктивной нагрузках и дайте необходимые пояснения. 2.1.11.26. Изобразите в одних осях координат внешние характери- стики трансформатора при активной, активно–емкостной нагрузках и дайте необходимые пояснения. 2.1.11.27. Изобразите в одних осях координат внешние характери- стики трансформатора при активно–индуктивной, активно– емкостной нагрузках и дайте необходимые пояснения. 2.1.11.28. Изобразите схему замещения трансформатора для холо- стого хода и дайте необходимые пояснения. 2.1.11.29. Изобразите схему замещения трансформатора для корот- кого замыкания и дайте необходимые пояснения. 2.1.11.30. Каким образом и почему изменяются параметры схемы замещения трансформатора с увеличением напряжения при проведении опыта холостого хода? 2.1.11.31. Изобразите Т–образную схему замещения трансформато- ра, работающего при нагрузке, и дайте необходимые пояснения. 2.1.11.32. Изобразите упрощенную схему замещения трансформа- тора, работающего при нагрузке, и дайте необходимые пояснения. 2.1.11.33. Изобразите в одних осях координат зависимости КПД трансформатора от коэффициента нагрузки при двух разных значениях коэффициента мощности и дайте необходимые пояснения. 2.1.11.34. Изобразите и поясните изменение напряжения вторичной обмотки от характера нагрузки, запишите условия, при которых она по- лучена. |