Лабораторная работ 1-2 электрические машины. Лабораторная работа №1,2. Исследование однофазного трансформатора
 Скачать 1.33 Mb.
|
Цель работы: Ознакомиться с конструкцией однофазного трансформатора. Научиться определять параметры эквивалентной схемы замещения трансформатора по результатам опытных данных. 1. Определение коэффициента трансформации однофазного трансформатора Электрическая схема соединений Перечень аппаратуры Описание электрической схемы соединений Указания по проведению эксперимента
Указания по проведению эксперимента Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания. Соедините гнезда защитного заземления "  " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" автотрансформатора А1.Соедините электрическим шнуром приборную вилку электропитания «220 В» автотрансформатора А1 с розеткой однофазной трехпроводной электрической сети питания напряжением 220 В. Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений. Поверните регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 в крайнее против часовой стрелки положение. В трехфазной трансформаторной группе А2 переключателем установите желаемое номинальное вторичное напряжение трансформатора, например, 127 В. Включите выключатели «СЕТЬ» блока мультиметров Р1 и автотрансформатора А1. Активизируйте мультиметры блока Р1, задействованные в эксперименте. Вращая регулировочную рукоятку автотрансформатора А1, выставьте напряжение U1 на его выходе (выводах первичной обмотки испытуемого однофазного трансформатора) равным, например 220 В. Измерьте с помощью мультиметра блока Р1 напряжение U2 на выводах вторичной обмотки испытуемого однофазного трансформатора. Отключите выключатели «СЕТЬ» блока мультиметров Р1 и автотрансформатора А1. Вычислите искомый коэффициент трансформации однофазного трансформатора по формуле KТР = U1 / U2. Таблица 1.1- Результаты измерений
2. Снятие и определение характеристик холостого хода I0=f(U), Р0=f(U), cosφ0=f(U) однофазного трансформатора  Электрическая схема соединений Перечень аппаратуры
Указания по проведению эксперимента Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания. Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" автотрансформатора А1.Соедините электрическим шнуром приборную вилку электропитания «220 В» автотрансформатора А1 с розеткой однофазной трехпроводной электрической сети питания напряжением 220 В. Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений. Поверните регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 в крайнее против часовой стрелки положение. Включите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте. Активизируйте мультиметры блока Р1, задействованные в эксперименте. Вращая регулировочную рукоятку автотрансформатора А1, изменяйте напряжение U на выводах первичной обмотки испытуемого однофазного трансформатора в диапазоне 0…240 В и заносите показания вольтметра Р1.1 (напряжение U) и амперметра Р1.2 (ток I0 первичной обмотки трансформатора), а также ваттметра и варметра измерителя Р2 (активная P0 и реактивная Q0 мощности, потребляемые трансформатором) в таблицу 1.2. Таблица 1.2.
Отключите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте. Используя данные таблицы 1.2.1, вычислите соответствующие напряжению U значения коэффициента мощности по формуле:   Занесите полученные результаты в таблицу 1.3. Таблица 1.3
Используя данные таблиц 1.2 и 1.3 постройте искомые характеристики холостого хода I0=f(U), Р0=f(U), cosφ0=f(U) однофазного трансформатора. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Каково назначение трансформатора? 1) Трансформатор – это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии одного напряжения и одной частоты в электрическую энергию другого напряжения той же частоты. 2. Как устроен трансформатор? 2) В простейшем случае из одного металлического сердечника и двух обмоток. Обмотки электрически не связаны одна с другой и представляют собой изолированные провода. Одна обмотка (ее называют первичной) подключается к источнику переменного тока. Вторая обмотка, называемая вторичной, подключается к конечному потребителю тока. Когда трансформатор подключен к источнику переменного тока, в витках его первичной обмотки течет переменный ток величиной I1. При этом образуется магнитный поток Ф, который пронизывает обе обмотки и индуцирует в них ЭДС. Величина ЭДС, возникающей в обмотках, напрямую зависит от числа витков каждой обмотки. Отношение ЭДС, индуцированных в первичной и вторичной обмотках, называется коэффициентом трансформации и равно отношению количества витков соответствующих обмоток. 3. Какие вы знаете режимы работы трансформатора? Дать полную оценку каждого режима 3) Режим холостого хода. Данный режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. По первичной обмотке протекает ток холостого хода, главной составляющей которого является реактивный ток намагничивания. С помощью опыта холостого хода можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в сердечникеПерейти к разделу «#потери в сердечнике» (т. н. «потери в стали»). Режим нагрузки. Этот режим характеризуется работой трансформатора с подключённым источником в первичной, и нагрузкой во вторичной цепи трансформатора. Во вторичной обмотке протекает ток нагрузки, а в первичной — ток, который можно представить как сумму тока нагрузки (пересчитанного из соотношения числа витков обмоток и вторичного тока) и ток холостого хода. Данный режим является основным рабочим для трансформатора. Режим короткого замыкания. Этот режим получается в результате замыкания вторичной цепи накоротко. Это разновидность режима нагрузки, при котором сопротивление вторичной обмотки является единственной нагрузкой. С помощью опыта короткого замыкания можно определить потери на нагрев обмоток в цепи трансформатораПерейти к разделу «#потери в обмотках» («потери в меди»). Это явление учитывается в схеме замещения реального трансформатора при помощи активного сопротивления. 4. Чем опасен режим короткого замыкания? 4) В процессе работы трансформатора иногда возникают ситуации, когда его вторичная обмотка оказывается замкнутой. В этом случае в ней возникает ток, превышающий номинальный в десятки раз. В этом случае говорят о работе трансформатора в режиме короткого замыкания. Данный режим является аварийным и недопустимым, так как вследствие перегрева обмоток трансформатора происходит их разрушение. 5. Для какой цели служат схемы замещения и какие виды используют на практике? 5) Для упрощения анализа различных режимов работы, расчета его характеристик трансформатор представляют в виде электрической схемы замещения, по которой определяют токи первичной и вторичной обмоток, мощность, потребляемую из сети, потери мощности, КПД, коэффициент мощности. В схеме замещения первичная и вторичная обмотки соединены электрически. Схема замещения для режима холостого хода, схема замещения трансформатора в рабочем режиме, схема замещения трансформатора с двумя вторичными обмотками, эквивалентная схема замещения, Т-образная схема замещения, упрощенная схема замещения. 6. Какие потери мощности имеют место в трансформаторе и от чего они зависят? Потери холостого хода - затраты энергии на намагничивание сердечника (реактивные) , на вихревые токи и гистерезис (активные). Потери короткого замыкания - потери энергии в обмотках (активные) и потоках рассеивания (реактивные). Потери холостого хода зависят в первую очередь от величины напряжения первичной обмотки. Потери короткого замыкания - от величины тока обмоток. 7. Для чего и как проводят опыты холостого хода и короткого замыкания? 7) Данное мероприятие дает возможность определить номинальный ток во вторичной обмотке, потери мощности проводников, величину падения потенциала внутреннего сопротивления трансформаторного устройства. Опыты холостого хода и короткого замыкания позволяют установить не только электрические, но и магнитные потери. Опыт холостого хода трансформатора выполняется путем подключения выбранной обмотки к источнику питания на переменном токе через различные приборы: амперметр, вольтметр, ваттметр. С целью установления коэффициента трансформации с другой стороны также подсоединяется вольтметр. Во время испытания подаваемое напряжение можно изменять. Как правило, его регулирование происходит в диапазоне 0,6-1,1 от номинального. Опыт короткого замыкания трансформатора состоит в том, что вторичную обмотку замыкают накоротко, а к первичной подводят такое небольшое напряжение, при котором токи в обоих обмотках были бы равны номинальным. 8. От чего зависит мощность холостого хода и короткого замыкания? 8) От мощности трансформатора, от коэффициента трансформации, от класса напряжения, от группы соединения обмоток и т.д. 9. Что называется коэффициентом трансформации? 9) Коэффициентом трансформации трансформаторов называется отношение напряжения обмотки высшего напряжения (ВН) к напряжению обмотки низшего напряжения (НН) при холостом ходе 10. При каком условии коэффициент полезного действия наибольший? 10) КПД трансформатора зависит как от величины (β), так и от характера (cosφ2) нагрузки. Максимальное значение КПД соответствует нагрузке, при которой магнитные потери равны электрическим: Р0ном =β’ 2 /РК.НОМ. Обычно КПД трансформатора имеет максимальное значение при β’=0,45÷0,65. Наибольшее значение КПД трансформатора будет при токе нагрузки 50-70% номинального. Максимальный КПД силовых трансформаторов доходит до 99.5%.  НАО «Карагандинский Технический Университет имени Абылкаса Сагинова»Кафедра Энергетические системы ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 21 по Электрические машины Тема: Группы соединения трансформаторов Принял: Старший преподаватель Биличенко А. П. . Выполнил: Группа: ЭЭ-21-4____ Шертишовой К.С _____________ (подпись, фамилия, и. о.) Караганда 2023 Лабораторная работа №2 Тема: ГРУППЫ СОЕДИНЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ Цель работы: изучить опытным путём методику определения групп соединения по заданной схеме. Общие сведения Трехфазные трансформаторы преобразуют электрическую энергию в трехфазных цепях с одним соотношением линейных напряжений и токов в электрическую энергию с другим соотношением этих же величин. В таких трансформаторах есть две трехфазные обмотки ВН и НН, в каждую их которых входит три фазные обмотки или фазы. Следовательно, трехфазный трансформатор имеет шесть независимых фазных обмоток и 12 выводов с соответствующими зажимами, причем начальные выводы фаз обмотки ВН обозначают А, В, С, конечные выводы Х, Y, Z, а для фаз обмоток НН применяют аналогичные обозначения – а, в, с и х, y, z. Фазные обмотки ВН и НН соединяют звездой или треугольником, причем при соединении их звездой нейтральные точки обозначают 0 и 0.  Группа соединения характеризует фазовременный сдвиг между одноимёнными линейными первичным и вторичным напряжениями трансформатора. За первичную при этом принимают обмотку высшего напряжения (ВН). Группа соединения зависит от схемы соединения обмоток ВН и НН, а также направления намотки катушек, маркировки их начал и концов. Группа обозначается числом, которое умножают на 30 (угловое смещение, принятое за единицу) для определения угла смещения. Этот угол отсчитывается от вектора линейного напряжения обмотки ВН по часовой стрелке до одноимённого вектора напряжения НН. Так, например, для пятой группы угол смещения составляет 150. Для упрощения определения группы соединения трансформатора вектор первичного линейного напряжения (ВН) уподобляют минутной стрелке часов, направленной на цифру 12, а вектор вторичного линейного напряжения (НН) – часовой стрелке. Тогда группа обозначается числом, соответствующим показанию часов.  Рисунок 2.2 - Схема соединения обмоток звезда/звезда 12  Рисунок 2.3 - Схема соединения обмоток звезда/треугольник 11  Рисунок 2.4 - Расположение выводов на крышках трансформаторов Четные группы (2, 4, 6, 8, 10, 12) получаются, если обе обмотки высшего напряжения (ВН) и низшего напряжения (НН) имеют одинаковые соединения – обе в звезду или обе в треугольник. Соединение одной обмотки в зигзаг – звезду при другой обмотке, соединенной в треугольник, дает четные группы. Нечетные группы (1, 3, 5, 7, 9, 11) получаются, если одна обмотка соединена в звезду, другая – в треугольник, а также, если одна обмотка соединена в зигзаг – звезду, а другая – в звезду. Иногда возникает необходимость проверить группу соединения трансформатора. Существует несколько методов такой проверки, например, «метод вольтметра». «Метод вольтметра»: Непосредственного измерения угла сдвига фаз между линейными напряжениями (ЭДС) этот метод не дает. Это косвенный метод и основан на измерении вольтметром напряжений (ЭДС) между одноименными выводами обмоток ВН и НН. Если проверяют группу Y/Y-0, то, соединив проводом выводы «А» и «а», измеряют напряжения U в-в (между выводами в и В) и U с-с (между выводами с и С). Если предлагаемая группа соединений Y/Y–0 соответствует фактической, то напряжение U В – в = U c - C = Uав (kл + 1) где kл =  - коэффициент трансформации линейных напряжений.Если проверяют группу соединений 6, 11 и 5, то для проверки измеренных значений напряжений пользуются формулами:  Где Uав и Uху – линейные напряжения на выводах обмоток НН. Фазный коэффициент трансформации определяется отношением фазных напряжений при х.х.:  .Линейный коэффициент трансформации определяется по аналогичной формуле:  .Если соединение фазных обмоток выполнено по схеме Y/Y или , то оба коэффициента одинаковы, т.е. Кл = Кф. При соединении по схеме Y/Кл =  .А по схеме /Y: Кл =  .Каждому типу соединений фазных обмоток соответствует определенный угол сдвига фаз между соответствующими ВН и НН, отсчитываемый в направлении вращения часовой стрелки от вектора ВН к вектору НН.  Рисунок 2.4 - Схема параллельной работы трансформаторовПеречень используемой аппаратуры
Указания по проведению эксперимента Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания. Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" трехфазного источника питания G1.Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений. В трехфазной трансформаторной группе А2 переключателем установите желаемое номинальное вторичное напряжение трансформатора, например, 220 В. Приведите в рабочее состояние персональный компьютер А5 и запустите прикладную программу “Многоканальный осциллограф”. Включите источник G1. Нажмите кнопки «ВКЛ» включения сканирования первого и второго каналов виртуального осциллографа. Используя возможности программы “Многоканальный осциллограф”, определяйте взаимный фазовый сдвиг между кривыми регистрируемых напряжений и по нему определяйте группу соединений обмоток трехфазного трансформатора. По завершении эксперимента отключите источник G1.  Рисунок 3. Итоговый график Контрольные вопросы: 1. Что характеризуют группы соединений обмоток трехфазного трансформатора и как они обозначаются? 1) Группа соединений обмоток трансформатора характеризует взаимную ориентацию напряжений первичной и вторичной обмоток. Изменение взаимной ориентации этих напряжений осуществляется соответствующей перемаркировкой начал и концов обмоток. Y- звезда, ∆- треугольник. 2. Какие схемы и группы соединения трёхфазных трансформаторов приняты ГОСТом к использованию? 2) Государственным стандартом предусмотрены только две группы соединения обмоток: Y/Y-0 или ∆/∆-0; Y/∆-11 и ∆/Y-11 3. Четные и нечетные группы? 3) Четные группы (2, 4, 6, 8, 10, 12) получаются, если обе обмотки высшего напряжения (ВН) и низшего напряжения (НН) имеют одинаковые соединения – обе в звезду или обе в треугольник. Соединение одной обмотки в зигзаг – звезду при другой обмотке, соединенной в треугольник, дает четные группы. Нечетные группы (1, 3, 5, 7, 9, 11) получаются, если одна обмотка соединена в звезду, другая – в треугольник, а также, если одна обмотка соединена в зигзаг – звезду, а другая – в звезду. 4. Как экспериментально определить группу соединений обмоток трансформатора? 4) Группа соединения зависит от схемы соединения обмоток ВН и НН, а также направления намотки катушек, маркировки их начал и концов. Группа обозначается числом, которое умножают на 30 градусов (угловое смещение, принятое за единицу) для определения угла смещения. Этот угол отсчитывается от вектора линейного напряжения обмотки ВН по часовой стрелке до одноимённого вектора напряжения НН. Так, например, для пятой группы угол смещения составляет 150 градусов. Для упрощения определения группы соединения трансформатора вектор первичного линейного напряжения (ВН) уподобляют минутной стрелке часов, направленной на цифру 12, а вектор вторичного линейного напряжения (НН) – часовой стрелке. Тогда группа обозначается числом, соответствующим показанию часов. 5. Метод вольтметра? 5) Непосредственного измерения угла сдвига фаз между линейными напряжениями (ЭДС) этот метод не дает. Это косвенный метод и основан на измерении вольтметром напряжений (ЭДС) между одноименными выводами обмоток ВН и НН. Если проверяют группу Y/Y-0, то, соединив проводом выводы «А» и «а», измеряют напряжения U в-в (между выводами в и В) и U с-с (между выводами с и С). |
0...1000 В /
Трёхфазная трансформаторная