Методические рекомендации по срс при подготовке к выполнению лабораторных работ по курсу Электротехника и Электроника

• Название: Методические рекомендации по срс при подготовке к выполнению лабораторных работ по курсу Электротехника и Электроника
• Анкор: Otvety_lab__po_ET1f.doc
• Дата: 07.10.2017
• Размер: 1.19 Mb.
• Имя файла: Otvety_lab__po_ET1f.doc
• Тип: Методические рекомендации; #9248
• страница: 2 из 5

Мощность приемников при любом виде нагрузки

Активная мощностьприемниковв 3-х фазных цепях равна арифметической сумме активных мощностей отдельных фаз:

Р = Р_A +Р_B +Р_C

Реактивная мощность приемников в 3-х фазных цепях равна алгебраической сумме реактивных мощностей отдельных фаз:

Q = Q_A +Q_B +Q_C
Полная мощность .



Активная мощность при симметричной нагрузке:

Р = 3·Р_ф =3· U_ф·I_ф ·cosφ_ф

или Р = √3·U_Л ·I _Л ·cosφ_ф



Реактивная мощность приемников при симметричной нагрузке

Q= √3·U_Л I_Л sinφ_ф

Полная мощность приемнико при симметричной нагрузке:

S = √3·U_Л ·I _Л
Тема № 4. ИССЛЕДОВАНИЕ КАТУШКИ СО СТАЛЬНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ
Цель работы:1) изучить особенности работы катушки со стальным сердечником в цепях переменного тока;

2) снять вольт - амперную характеристику катушки при подключении ее к источнику переменного тока;

3) определить параметры схемы замещения и построить векторную диаграмму катушки с сердечником.
Лабораторная работа проводится на стенде принципиальная схема которого представлена на рис 18.



Рис 18

Исследуемый объект - катушка со стальным сердечником L. Стенд питается от регулируемого источника переменного тока промышленной частоты. Измерительные приборы амперметр -РА, вольтметр- PV, ваттметр-PW.

Контрольные вопросы


Вопрос 1: Где и с какой целью применяют катушки со стальным сердечником?

Ответ1. Катушки индуктивности являются основным источником магнитной энергии. Количественной мерой является магнитодвижущая сила F= I·w, где I- ток через катушку, w-число витков катушки индуктивности. [F]=A· виток.

Катушки со стальным сердечником (магнитопроводом) являются основным элементом различных электрических приборов и электрических машин в промышленности- это статоры и роторы машин (электромагниты-катушки возбуждения двигателей постоянного тока, асинхронных двигателей с фазным ротором, электромагниты роторов синхронных машин, катушки электромагнитных реле, датчики измерения (эдс, магнитного потока) или преобразования неэлектрических величин в электрические (датчики перемещения, скорости, ускорения, …), трансформаторы, магнитные усилители, ограничители переменного тока, фильтры выпрямителей (дроссели).

Катушки со стальным сердечником (магнитопроводом) являются основным элементом различных измерительных электромеханичеких приборов: амперметров, вольтметров, ваттметров электромагнитной и электродинамической систем .
Вопрос 2. С какой целью магнитопроводы электротехнических устройств изготавливают из ферромагнитных материалов?

Ответ 2. 1. Введение стального сердечника в катушку увеличивает ее индуктивность согласно формуле:L=μ_r·L₀ где μ_r -относительная магнитная проницаемость сердечника, L₀- индуктивность катушки без сердечника. Относительная магнитная проницаемость μ_r ферромагнитных материалов может достигать 10⁴. Т.о. индуктивность L, а следовательно и индуктивное сопротивление Х_L= ω·L = μ_r ·ω·L₀ возрастет в μ_r раз.

2. Введение стального сердечника в катушку увеличивает магнитную индукцию В в катушке(сердечнике) также в μ_r раз .

***)Если сравнить силу притяжения якоря в 2-х электромагнитных реле, изготовленных со стальным сердечником в катушке и без сердечника, то сила притяжения якоря в катушке со стальным сердечником будет значительно ( в μ_rраз) больш, . Т.к. согласно закону Ампера сила магнитного взаимодействия пропорциональна индукции магнитного поля F=constBI????
Вопрос 3. Объяснить характер изменения индуктивного и полного сопротивления катушки с сердечником от протекающего через нее тока.

Ответ 3.

****) Индуктивностью называется величина, равная отношению магнитного потока катушки ψ= nФ к току катушки L= ψ/I.

Схема замещения реальной катушки с сердечником представлена на рис 4.3а и рис 4.3b. На схеме рис 4.3а она состоит из 4-х последовательно соединенных элементов: активного сопротивления обмотки катушки R_К, индуктивного сопротивления рассеяния , индуктивного сопротивления X_L0, обусловленного основным магнитным потоком, замыкающимся по стальному сердечнику и активным сопротивлением , учитывающим потери в сердечнике (потери от вихревых токов и потери на перемагничивание сердечника при наличии гистерезиса).



Если пренебречь индуктивностью рассеивания и магнитными потерями, то полное сопротивление катушки приближенно равно Z= Rк+j·X_L0. Индуктивное сопротивление X_L0= ω·L₀= ω · η_r· L₀, где L₀ – индуктивность катушки без сердечника, η_r относительная магнитная проницаемость сердечника. Магнитная проницаемость η_r в ферромагнетиках сильно зависит от напряженности магнитного поля катушки, а следовательно, и от тока катушки. Зависимость η_r от тока I представлена на рис 4.3в.

R_K не зависит от тока. Обычно X_L>> R_K, поэтому зависимость сопротивления Z= f(I) близка к зависимости μ_r= f(I). ( рис 4.3, в линия a )
Если учитывать магнитные потери, то необходимо рассмотреть зависимость сопротивления потерь R₀ и индуктивности рассеяния Xd от тока в катушке. С увеличением тока растет и магнитный поток, что приводит к большим вихревым токам и большему рассеянию потока.
На практике мощность потерь на гистерезис и вихревые токи определяются эмпирическими формулами:

Рг= σ_г•f• Bⁿ_m•G ; Рв= σ_в •f² •B²m•G

где σ_г , σ_в -коэффициенты , f -частота, B_m – амплитуда магнитной индукции, G-масса сердечника , γ –электропроводность сердечника. Показатель n лежит в интервале 10 и Xd будут расти. Это приведет к небольшому увеличению полного сопротивления и подьему графика Z=F(I) в области больших токов.( рис 4.3в, линия b)
Вопрос 4 . Как уменьшить потери энергии на гистерезис и вихревые токи?

Ответ 4. Для уменьшения потерь на гистерезис магнитопровод изготавливают из материалов с узкой петлей гистерезиса.

Переменный ток катушки создает в магнитопроводе изменяющийся магнитный поток. Магнитный поток направлен вдоль оси катушки. Так как магнитпровод является замкнутым электропроводником, то в переменном магнитном поле, в нем ( согласно з/ну ЭМИ) возникает переменная ЭДС и соответственно переменный ток. Этот ток согласно з-ну Джоуля- Ленца и нагревает магнитпровод. Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопровод изготавливают из набора тонких изолированных друг от друга пластин и в состав стали вводят кремний (0.4-0.5%). Вихревые магнитные поля соседних пластин уничтожают друг друга.
Вопрос 5 .. Нарисовать и объяснить схему замещения катушки с сердечником.

Ответ 5. Схема замещения реальной катушки с сердечником представлена на рис 17а. Она состоит из 4-х последовательно соединенных элементов: активного сопротивления обмотки катушки , индуктивного сопротивления рассеяния , индуктивного сопротивления , обусловленного основным магнитным потоком, замыкающимся по стальному сердечнику и активным сопротивлением , учитывающим потери в сердечнике (потери от вихревых токов и потери на перемагничивание сердечника при наличии гистерезиса).

Индуктивное сопротивление Х_L0 = ω·L₀= ω · η_r· L₀, где L₀ – индуктивность катушки без сердечника, η_r относительная магнитная проницаемость. Магнитная проницаемость η_r в ферромагнетиках сильно зависит от напряженности магнитного поля катушки, а следовательно, и от тока в катушке.. Это - нелинейный элемент. Однако, в случае отсутствия гистерезиса можно считать η_r =const.
В этом случае уравнение электрического состояния катушки с сердечником можно представить в комплексной форме:



где É- комплекс эдс самоиндукции.
Вопрос 6. Как определяются параметры схемы замещения и зависят ли они от подводимого напряжения?
Ответ 6 Параметры этой схемы замещения определяются по следующим формулам: а) полное сопротивление катушки с сердечником, Ом:

,

где - приложенное напряжение, В; - ток в цепи, А;

б) общее активное сопротивление цепи, Ом:



где - электрические потери, Вт, - магнитные потери (потери в сердечнике), Вт;

в) активное сопротивление обмотки катушки, Ом:

,

(величина указана на исследуемой катушке);

г) общее реактивное сопротивление катушки с сердечником, Ом,



где - индуктивное сопротивление, обусловленное потоком рассеяния;

д) индуктивное сопротивление, обусловленное основным магнитным потоком, Ом,

,

Е - рассчитывается по формуле трансформаторной эдс:

Е=4.44·w·f·Фm

где Фm-амплитуда магнитного потока. Фm определяется по калибровочному ( экспериментальному ) графику Фm=f(I).

Активная мощность, потребляемая катушкой с сердечником, расходуется на покрытие электрических потерь в обмотке катушки и магнитных потерь в стальном сердечнике (измеряется ваттметром РW ) :

.

Отсюда активная мощность, идущая на покрытие магнитных потерь, определяется уравнением:

,

а реактивная мощность рассчитывается по формуле:

.
Вопрос 7. Объяснить характер зависимостей ; ; ; .

Ответ 7-1 Зависимость Z= f(I)

Если пренебречь индуктивностью рассеяния и магнитными потерями, то полное сопротивление катушки приближенно равно Z= Rк+j·X_L0. Индуктивное сопротивление X_L0= ω·L₀= ω · η_r· L₀, где L₀ – индуктивность катушки без сердечника, η_r относительная магнитная проницаемость. Магнитная проницаемость η_r в ферромагнетиках сильно зависит от напряженности магнитного поля катушки, а, следовательно, и от тока в катушке. Зависимость η_r от тока I . представлена на рис 7_1.а.

R_K не зависит от тока. Обычно X_L>> R_K, поэтому зависимость сопротивления Z= f(I) близка к зависимости μ_r= f(I). ( рис 7_1.а, линия a )
Область резкого нарастания Z от тока очень узкая и часто экспериментально не измеряется.

Учет потерь приводит к увеличению доли активного сопротивления в цепи , но незначительно изменит характер зависимости полного сопротивления от тока ( рис 7.1, линия b ).

**)При выполнении лабораторной работы начальную область резкого нарастания Z от тока исследователь не видит.

Ответ 7-1 Зависимость U=f(I) -это вольтамперная характеристика катушки с сердечником. Экспериментальная кривая U= f(I) представлена на рис 7.1б



Вариант ответа a) По закону Ома U =I· Z . При линейном возрастании тока и постоянном Z падение напряжения U должно нарастать также линейно. Однако в нашем случае сопротивление Z само зависит от протекающего через него тока Z=f(I)(см рис7.1а). Поэтому график U=f(I)= I·Z(I) это произведениелинейной функции и нелинейной функции Z=f(I). (рис.7.2).


Вариант ответа b) Рис.7.2

Если исходить из уравнения электрического состояния то: или

T.к. E = const*Фm , то зависимость Е от I повторяет зависимость Фm от тока I. Экспериментальная кривая Фm = f(I) имеет вид (рис7-3) :




Поэтому график U=f(I) можно построить по уравнению:


График U=f(I) и I =f(U) представлен на рис 7.4а и 7.4b соответственно.



Рис 7-4а

Рис 7-4b

Ответ 7.3 График зависимости Ia=f(I)

Объяснение. График строиться на анализе формулы:

Магнитные потери Рм состоят из двух видов потерь: на перемагничивание сердечника(при наличии гестерезиса) и на вихревые токи. Оба вида потерь зависят от частоты тока и описываются эмпирическими формулами:

Рг= σ_г•f• Bⁿ_m•G ; Рв= σ_в •f² •B²m•G

где σ_г , σ_в -коэффициенты , f -частота, B_m – амплитуда магнитной индукции, G-масса , γ –электропроводность сердечника. Показатель n лежит в интервале 1,6m зависит от тока также как и амплитуда магнитного потока Фм. Т.к потери на вихревые токи пропорциональны квадрату тока I²м, а зависимость ЭДС Е от тока I известна Е (I) ≈ Фm(I) (см рис 7.2) , то Iа будет расти согласно отношению Ia≈const· I²/Фм (I). На начальном участке линейно, затем квадратично.

График Ia=f(I) представлен на рис 7-3(а)



Рис 7-4
Ответ 7.4 График зависимости Iм=f(U)

График строится на анализе формулы: . График Ia=f(I) показан на рис 7.3(a ).

Рост полного тока I идет быстрее роста активной части полного тока Ia, поэтому магнитная составляющая полного тока Iм растет с увеличением полного тока. График Ia=f(U) представлен на рис 7.4.

Тема № 5: ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Цель работы: 1) ознакомиться с устройством и принципом действия однофазного трансформатора;

2) изучить режимы работы и методику опытного определения основных параметров трансформаторов.
Работа выполняется на универсальном стенде, где установлены лабораторный автотрансформатор , измерительные приборы, однофазный двухобмоточный трансформатор , реостат . Электрическая схема стенда представлена на рис 5.1.



Рис.5.1
Контрольные вопросы
Вопрос 1. Устройство и принцип действия трансформатора.

Ответ1. Трансформатор – это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, но той же частоты.

Основными конструктивными элементами трансформатора являются магнитопровод и обмотки. Магнитопровод служит для усиления основного магнитного потока и обеспечения магнитной связи между обмотками.

В работе рассматривается двухобмоточный силовой трансформатор.(рис5.1)


К первичной обмотке W₁ подводится электрическая энергия от источника. От вторичной обмотки W₂ энергия отводится к приемнику( потребителю).

Под действием переменного напряжения u₁ (t) в первичной обмотке возникает ток i₁ (t) и в сердечнике возбуждается изменяющийся магнитный поток w₁·ф(t) . Этот поток индуцирует эдс е₁(t) и е₂(t) в обеих обмотках трансформатора. ЭДС е₁ уравновешивает основную часть напряжения u₁ , а е₂ создает напряжение u₂ на выходных клеммах трансформатора . При включении нагрузки во вторичной обмотке в цепи нагрузки возникает ток i₂(t), который создает собственный магнитный поток, накладывающийся на магнитный поток от первичной обмотки. В результате создается общий магнитный поток сердечника Ψ, сцепленный с витками обеих обмоток трансформатора и определяющий в них результирующие ЭДС е₁ и е₂ с действующими значениями: и , где - амплитуда магнитного потока: - частота переменного тока; , - число витков обмоток.

На щитке тр-ра указываются его номинальные напряжения -высшее (ВН) и низшее НН) . Так же указываются номинальная полная мощность S (ВА), токи (А) , число фаз, схема соединения, режим работы, и способ охлаждения.
Вопрос 2. Записать и объяснить формулы ЭДС и уравнения электрического и магнитного состояний трансформатора

Ответ2-1 ЭДС определяется скоростью изменения магнитного потока сердечника и числом витков w₁ , w₂ обмоток трансформатора

В первичной обмотке под действием напряжения U₁ возникает ток I₁. Он создает магнитный поток катушки с сердечником. Поток переменный, он наводит в первичной обмотке ЭДС самоиндукции e₁ =- w₁dФ/dt, а во вторичной обмотке

ЭДС взаимоиндукции е ₂ =- w₂dФ/dt. Магнитный поток для обеих обмоток один и тот же.

В режиме холостого хода катушка - чистая индуктивность, поэтому, если напряжение изменяется по закону u₁(t) =U₁m Sinωt , то ток отстает от напряжения на 90°:

i(t) =I_1m Sin(ωt-90°), при этом магнитный поток совпадает по фазе с током Ф(t) =Ф_1m Sin(ωt-90°). Тогда ЭДС будут равны

е₁ = - w₁dФ/dt = -w₁ω Ф_1m Sinωt= -E_1m Sinωt

е₂ = - w₂dФ/dt =- w₂ω Ф_1m Sinωt= -E_2m Sin ωt

Векторная диаграмма идеального (без потерь) трансформатора в режиме холостого хода представлена на рис 5.2 :



Ответ2-2. Уравнения электрического состояния реальноготрансформатора для первичной и вторичной цепей имеют вид:

;

,
где и – активные сопротивления обмоток; и – индуктивные сопротивления рассеяния обмоток.
Ответ2-3.Уравнения магнитного состояния трансформатора можно получить, исходя из анализа МДС в трансформаторе. ЭДС обеих обмоток возникают благодаря изменению одного и того же магнитного потока Ф с индукцией В. Индукция В и напряженность магнитного поля H связаны зависимостью B=μ·H. Пусть μ= const. Напряженность магнитного поля H по закону полного тока связана с суммарной МДС обеих обмоток соотношением :

Н·l = I₁ ·w₁+(-I₂) ·w₂ (5-2)

где l-длина средней линии магнитопровода;

I₁ ·w₁ - МДС первичной обмотки ;

-I₂ ·w₂ - МДС вторичной обмотки. Знак минус МДС вторичной обмотки отрицательный в силу закона ЭМИ( правило Ленца –ток возникающий в обмотке 2 всегда будет иметь направление, при котором магнитный поток, создаваемый током I_2, будет препятствовать изменению основного потока ).

ЭДС Е₁=const*Ф= const*В·S= const* μ ·H·S, с учетом (5-2) :

Е₁ = const* μ ·( I₁ ·w₁-I₂ ·w₂) ·S/ l (5-3)

В режиме холостого хода I₂=0, соответственно уравнение (5-3) будет иметь вид :

Е₁= const* μ · I₁₀ ·w₁ ·S/ l (5-4)

где I₁₀ ток первичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода.

Из уравнений (5-3) и (5-4) получим уравнение магнитного состояния трансформатора:

(5-5)

Определим ток I₁:

I₁= I₁₀ - I^י₂
где I₁₀ – ток холостого хода или намагничивающий ток (ток создающий магнитный поток ),

I^י₂ = - w_2/ w₁ ·I₂ - компенсирующий ток . Tок I^י₂ компенсирует действие тока вторичной обмотки на основной магнитный поток.

Магнитный поток в сердечнике всегда постоянный. !!!
Вопрос 3. Что такое «коэффициент трансформации»?
Ответ3. Согласно второму закону Кирхгофа уравнения электрического состояния идеализированного трансформатора имеют вид:

U₁=-Е₁ , U₂=Е₂

Е₁=-w₁dФ/dt , Е₂=-w₂dФ/dt .
Поделив U₁ на U₂ получим коэффициент трансформации n :

,

В случае реального трансформатора напряжение U₂ совпадает c эдс E₂ только при холостом ходе. Поэтому коэффициент трансформации .

где – напряжение на зажимах вторичной обмотки в режиме холостого хода.
Вопрос 4. Нарисовать и объяснить схему замещения нагруженного трансформатора.
Ответ4. В режиме холостого хода схема замещения трансформатора совпадает со схемой замещения катушки индуктивности (см.рис 17,a,b методич.пособия (1)).

В режиме нагрузки трансформатора ( при отсутствии гистерезиса) электрическое состояние трансформатора можно описать (на основании 2-го закона Кирхгофа) комплексными уравнениями(см Касаткин стр. 200÷207):

,







где:

R₁ –активное сопротивление 1-ой обмотки,

R’₂ =(w₁/w₂)² R₂-приведенное активное сопротивление вторичной обмотки,

Ż _об1 – комплексные сопротивление 1-ой обмотки,

x _рас1 =ωL _рас1 сопротивление рассеяния первичной обмотки,.

x’_рас2 =ωL’_рас2 =(w₁/w₂)² · ωL _рас2- приведенное сопротивление рассеяния вторичной обмотки ,

Ż‛_об2 – приведенное комплексное сопротивление 2-ой обмотки, Ż‛_об2 = R’₂ + jx’_рас2 ,

Ż‛₂ - приведенное комплексное сопротивление нагрузки Ż‛₂=(w₁/w₂ )² ·Ż₂

- приведенной к первичной цепи комплексный ток вторичной цепи -или приведенный ток.

Ток холостого хода I_1xx можно представить как сумму 2-токов :- активного I_1аxxи реактивного ( намагничивающего) I_1мxх .

I_1xx=I_1axx+I_1мxх

В соответствии с этими уравнениями схема замещения нагруженного трансформатора может быть представлена схемой на рис (рис 5-4):


Пунктиром обозначена схема замещения идеализированного трансформатора в режиме холостого хода,

g- и b активная и реактивные части проводимости катушки.

Ż_об1·Ì_1, Ż_об2· Ì₂ – представляют полное внутреннее падение напряжения на первичной и вторичной обмотках соответственно.
Вопрос 5: Как проводятся опыты холостого хода и короткого замыкания?

Ответ5: Для проведения опыта холостого хода

1. Собрать схему согласно рис5-5а:

На рис заменить А на PV2 !!!!

Рис5-5а


2. Включить питание и установить напряжение на первичной обмотке В.

3. Измерить ток холостого хода напряжение и мощность , потребляемую трансформатором. Результаты измерений занести в табл. 7.

Таблица 7

Измеренные величины				Вычисленные величины
, В	, В	, А	, Вт

4. Снизить автотрансформатором напряжение до нуля, отключить питание.

По данным опыта вычислить коэффициент мощности =P₀/U₁₀I₁₀, коэффициент трансформации . Результаты вычислений занести в табл.

Б) Для проведения опыта короткого замыкания :

1. Собрать схему согласно рис5-5б:




Рис 5-5б


2. Для этого, замкнуть вторичную обмотку на амперметр (рис. 5-5б); подключить к первичной обмотке вольтметр с меньшим пределом измерений (50 или 75 В).
3. Включить питание и установить на первичной обмотке напряжение так, чтобы ток имел номинальное значение I_ном (4А), соответствующее данному трансформатору. Измерить , , , и занести результаты в табл.8.

4. Снизить автотрансформатором напряжение до нуля, отключить питание.

5. По данным опыта вычислить и сопротивления: полное ,

активное и реактивное . Результаты вычислений занести в табл. 8.

Таблица 8

Измеренные величины				Вычисленные величины
, В	, А	, Вт	, А	, Ом	, Ом	, Ом

Рабочие формулы :

R_Kз= P_k/I²_ном , Z_Kз = U_1K/I_1ном , ,

Δ U_K= R_Kз·I_1ном/U_1ном 100% , Cos φ_K= = R_К /Z_K.
Вопрос 6: Объяснить причины и характер изменения напряжения вторичной обмотки при изменении нагрузки.

Ответ 6: Если пренебречь током холостого хода, то упрощенная схема замещения трансформатора в режиме нагрузки может быть представлена схемой (рис6-1)




Рис 6-1


Если напряжение U₁=U_1ном неизменно, то при изменении Z₂ будут изменяться напряжения и токи первичной и вторичной обмоток трансформатора. Чтобы определить изменение напряжения вторичной обмотки, его обычно приводят к числу витков первичной обмотки: U^י₂=(w₁/w₂)U₂. Изменением напряжения называют разность действующих значений приведенного вторичного напряжения U^י₂ в режиме холостого хода и при заданном комплексном сопротивлении Z₂. В режиме холостого хода U^י₂ = U_1ном . Поэтому :

Δ U%=( U_1ном- U^י₂)/ U_1ном100%

Если cos φ₂ = cosφ_k, то Δ U будет максимальным. U₁ -U^י₂= Z_K I₁

Внешней характеристикой тр-ра называют зависимость U₂=f(I₂) при постоянном коэффициенте cos φ₂ и постоянном U_1ном .
Обычно его выражают в относительных единицах U₂/U_2ном = f(I₂). Эта зависимость дается уравнением:

U₂/U_2ном = 1-к_З I₁ном/ U_1ном ( R_K cos φ₂ + X_K cosφ_k).

где к_З = I₂/I_2ном - коэффициент загрузки трансформатора.
При изменении коэффициент загрузки трансформатора в пределах 0З<1 напряжение на выходе трансформатора U₂ изменяется всего на несколько процентов.

Уменьшение напряжения U₂ происходит из–за падения напряжения на внутренних сопротивлениях обеих обмоток трансформатора.

В трансформаторах малой мощности рассеяние незначительно и внутреннее сопротивление обмоток чисто активное. В этом случае изменение напряжения :

ΔU= R_K I_1ном/ U_1ном 100%.

Вопрос 7: Как определяется КПД силовых трансформаторов?

Ответ7:Потери в трансформаторе по природе аналогичны потерям в катушке с сердечником.

Это тепловые потери за счет нагрева проводов обмотки, потери на гистерезис и на вихревые токи.

КПД силовых трансформаторов η= Р₂/Р_{1 ,} где Р₂= U₂I₂ cos φ₂

В нашем опыте сопротивление нагрузки чисто активное, поэтому cos φ₂=1.

Однако т.к. Р₁ и Р₂ близки при таком расчете допускается большая ошибка.

В номинальном режиме более точное измерение достигается путем измерения непосредственно потерь. Мощность Р₁ = Р₂ + Рм + Р_Э

где Рм и Р_Э магнитные и электрические потери соответственно .

При номинальных значениях первичных напряжения U_1ном и тока I_1ном магнитные потери в магнитопроводе и электрические потери в проводах равны практически активным мощностям трансформатора в опытах холостого хода и короткого замыкания соответственно:

η= Р₂/ (Р₂ + Р_М+Р_Э)

Рм = Р₀ - измеряется в опыте холостого хода,

Р_Э – Р_КЗ - измеряется в опыте короткого замыкания.

В общем случае необходимо включить в цепь нагрузки ваттметр.

КПД трансформатора зависит от коэффициента мощности cosφ₂ и коэффициента загрузки Кз = I₂/I₂ном.

КПД силовых трансформаторов составляет обычно 70 - 99%.


В


опрос 8. Объяснить особенности конструкции и принципа действия автотрансформаторов.

Ответ 8:

Автотрансформатор представляет собой трансформатор, у которого обмотка низкого напряжения является частью обмотки высокого напряжения. На общий магнитопровод наматывают катушки с отводом от части витков. Принципиальная схема автотрансформатора представлена на рис 8-1.

В автотрансформаторе цепи первичной и вторичной обмоток имеют не только магнитную, но и электрическую связь.

Для автотрансформатора так же справедливо соотношение :



При включении нагрузки во вторичной цепи в цепи возникает ток I₂ .Магнитный поток сердечника Фm так же постоянен и равен потоку холостого хода.

Уравнение для МДС имеет вид:

w₁ ·I_1x =(w₁-w₂) ·I₁+w₂·I₁₂

I₁ -ток первичной цепи(участок А-а) с числом витков =(w₁-w₂),

I₁₂ – ток через обмотку w₂ (участок а-х)

Т.к I_1x мало, то :

I₁₂ ≈ (-w₂)/ w₂ ·I₁= (w₁/ w_{2 –}1) ·I_1.

Е

сли w₁/ w₂ ≈1, то ток в проводах обмотки на участке (а-х) I₁₂≈0.

Напряжение на нагрузке U₂ = w₂/w₁ ·U₁, поэтому при постоянном U₁ изменяя w₂ можно изменять U₂ .

Обычно автотрансформаторы изготавливают с несколькими отводами или с устройством плавного регулирования положения отвода(ЛАТР).

При одинаковых мощностях автотрансформатор имеет меньшие габариты и вес по сравнению с обычными трансформаторами.

Автотрансформаторы используют в качестве регуляторов напряжения при пуске мощных асинхронных и синхронных двигателей, в сварочных аппаратах.

Однако, исходя из требований ТБ ,наличие электрической связи является недостатком.

Тема № 6: ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ.
Цели работы: 1.Изучить устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором;

2. Ознакомиться с методом непосредственного пуска двигателя и измерить пусковой ток;

3. Снять рабочие характеристики двигателя и на их основе дать оценку двигателя.
Работа выполняется на универсальном стенде, в котором смонтированы лабораторный автотрансформатор, выпрямитель, ламповая нагрузка, коммутационная аппаратура и необходимые приборы. Электрическая цепь стенда представлена на рис. 22.

Трехфазный асинхронный двигатель М расположен за стендом. В качестве нагрузки двигателя используется генератор постоянного тока независимого возбуждения G, соединенный с двигателем муфтой. Генератор нагружается ламповым реостатом EL1 – EL7. Регулирование тока возбуждения генератора осуществляется лабораторным автотрансформатором Т, во вторичную цепь которого включен мостовой выпрямитель.

	На стенде установлены приборы переменного тока РА1, РА2, РW для измерения фазного тока , пускового тока , мощности , а также приборы постоянного тока РV2, РА4, РА3 для измерения напряжения , тока и тока возбуждения генератора, причем показания амперметра РА3 не используются.
Рис. 22

Частота вращения ротора двигателя измеряется дистанционным тахометром, не показанном на схеме. Тахометр имеет поправочный коэффициент 2/3, на который умножаются его показания. Цена наименьшего деления тахометра составляет 20 об/мин.
Контрольные вопросы
Вопрос 1. Объясните устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.