Мет 1. Практикум для студентов электротехнических специальностей. Электрические машины Сост. И. В. Новаш и др. под ред. Ю. А. Куварзина, Ю. В. Бладыко. Минск бнту, 2008. 100 с
 Скачать 0.49 Mb.
|
|
ISBN 978-985-479-709-0 (Ч.2). Настоящий лабораторный практикум предназначен для студентов электротехнических специальностей при выполнении лабораторных работ по курсам «Электротехника», «Электротехника и основы электроники», «Электротехника, электрические машины» и включает 10 работ по разделам: «Трансформаторы», «Асинхронные машины», «Ма-шины постоянного тока», «Синхронные машины», «Электропривод». Каждая лабораторная работа содержит общие сведения, предварительное задание к эксперименту, порядок выполнения работы, указания о содержании отчета, контрольные вопросы. Расчет предварительного задания к эксперименту должен производиться в период подготовки к занятиям; полученные результаты проверяются опытным путем в процессе выполнения работы. Лабораторные работы, вошедшие в настоящий практикум, подготовили: Полуянов М.И., Счастная Е.С. – 2.1; Домников С.В. – 2.2.; Розум Т.Т. – 2.3, 2.8, 2.9; Михальцевич Г.А. – 2.4; Мороз Р.Р. – 2.5; Згаевская Г.В., Новикова Л.И. – 2.6; Устимович В.А. – 2.7; Новаш И.В. – 2.10. При подготовке некоторых лабораторных работ были использованы труды В.С. Лившица, являющегося разработчиком универсального стенда по электрическим машинам. ISBN 978-985-479-304-7 БНТУ, 2008 ПРАВИЛА РАБОТЫВ ЛАБОРАТОРИИ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ
Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 2.1 ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА Цель работы: изучение устройства и принципа действия трансформатора; построение схемы замещения и эксплуатационных характеристик трансформатора. Общие сведенияТрансформатор – это электромагнитный аппарат для преобразования в цепях переменного тока электрической энергии с одним соотношением напряжения и тока в электрическую энергию с другим соотношением напряжения и тока при неизменной частоте. Он позволяет передавать от источника приемникам одну и ту же мощность при разных напряжениях и токах S= U1I1 = U2I2. Трансформатор имеет замкнутый сердечник (магнитопровод), на котором находятся две (или более) обмотки, выполненные изолированным медным или алюминиевым проводом (рис. 1.1). Сердечник, собранный из тонких пластин или лент электротехнической стали с хорошей магнитной проницаемостью, служит для усиления магнитной связи между обмотками. Обмотку, подключаемую к источнику преобразуемой энергии, называют первичной (w1), обмотку, к которой подключают приемник, – вторичной (w2).  Рис. 1.1 Переменное напряжение источника u1 вызывает в первичной обмотке ток i1, который возбуждает магнитный поток. Основная часть потока (Ф) замыкается по магнитопроводу и наводит в обмотках ЭДС:  .При потоке, изменяющемся с угловой частотой = 2fпо синусоидальному закону Ф = Фm sin t, действующие значения ЭДС  ;  .Отношение ЭДС обмоток  = w1w2называется коэффициентом трансформации. Д  ля определения технико-экономических показателей, построения характеристик отдельных трансформаторов и электропередач, в которых они используются, анализа аварийных режимов в таких системах и в других случаях необходима схема замещения трансформатора (рис. 1.2), являющаяся его электрической моделью. Физическая модель (см. рис. 1.1) с указанием номинальных параметров и конструктивных данных магнитопровода и обмоток трансформатора делает такие расчеты излишне сложными, неточными, а часто и невозможными.Рис. 1.2 Параметры схемы замещения трансформатора (см. рис. 1.2) вычисляются по данным опытов холостого хода и короткого замыкания. В опыте холостого хода к первичной обмотке подводится номинальное напряжение U1ном = U1х, а вторичная обмотка размыкается (I2х= 0). В опыте измеряются ток первичной обмотки I1х, потери мощности в трансформаторе Рхи напряжение на вторичной обмотке U2х. Ток холостого хода I1ху мощных трансформаторов составляет 1…5 % от номинального тока I1ном, у трансформаторов малой мощности – до 40 %, и в паспортных данных трансформатора указывают его процентное значение: ix % = (I1х / I1ном)100 %. Такой небольшой ток создает ничтожно малые потери мощности в первичной обмотке (пропорциональные квадрату тока), следовательно, потери холостого хода Рх это магнитные потери в стали сердечника, пропорциональные квадрату магнитного потока, а значит, квадрату напряжения: Рх = Pст   . Кроме того, небольшой ток холостого хода в небольших сопротивлениях первичной обмотки создает незначительные падения напряжения, вследствие чего U1x = U1ном Е1ном (отличие между ними не превышает 1 %), а U2x = E2ном, так как I2x = 0.По результатам измерений вычисляются:  ;  ;  ;  .Сопротивления Rx, Xx, Zx заменяют таким образом сердечник транс-форматора: Rx – потери мощности, а Хх– индуктивное сопротивление первичной обмотки, создаваемое основным магнитным потоком. В опыте короткого замыкания вторичную обмотку замыкают накоротко, а на первичную обмотку подают такое пониженное напряжение U1к, при котором токи в обмотках равны номинальным значениям I1ном и I2ном. Относительное значение uк = U1к 100 % U1ном называют напряжением короткого замыкания. Оно составляет 5…10 % и характеризует внутреннее падение напряжения в трансформаторе. В опыте короткого замыкания измеряются токи обмоток I1к = I1ном, I2к = I2ном, а также напряжение U1к и потери мощности Рк. Так как U1к << U1ном, то потери мощности в магнитопроводе, пропорциональные квадрату приложенного напряжения, ничтожны. И поскольку токи в обмотках равны номинальным значениям, то потери Рк– это мощность потерь в обмотках трансформатора. По данным опыта короткого замыкания вычисляются:  ,  ,  .Данные сопротивления заменяют собой обе обмотки трансформатора. Чтобы разделить сопротивления обмоток, учитывают, что реальные сопротивления обмоток с разными номинальными напряжениями и токами имеют различные значения, но потери мощности в них и относительные потери напряжения (отнесенные к номинальным величинам) примерно одинаковы. Следовательно, по значимости, оцениваемой потерями мощности и относительными потерями напряжения, обе обмотки равноценны. Эти обстоятельства позволяют приравнять сопротивления одной (обычно первичной) обмотки к приведенным сопротивлениям другой (обычно вторичной) обмотки:  ;  ;  .Кроме сопротивлений приводятся также напряжения, ЭДС и токи:  ;  ;  .С учетом приведения сопротивления обмоток равны  ;  ;  .По рассчитанным параметрам строится схема замещения трансформатора (см. рис. 1.2). Так как для расчета схемы замещения использованы данные опытов холостого хода и короткого замыкания, то потери мощности в этих опытах, ток холостого хода (в процентах от номинального тока первичной обмотки) и напряжение короткого замыкания являются обязательными паспортными данными каждого трансформатора. Эксплуатационные характеристики трансформатора строят в функции от коэффициента нагрузки. По паспортным данным расчет зависимости вторичного напряжения  , коэффициента мощности  , КПД от тока нагрузки I2 или коэффициента нагрузки  выполняют по следующим формулам:1)  ,где активная  и реактивная  составляющие напряжения короткого замыкания равны ;  ;2 – угол сдвига фаз между напряжением и током приемника; 2)  ; ; ,где Sном полная номинальная мощность; 3)  .Типичный вид этих характеристик приведен на рис. 1.3. КПД имеет наибольшее значение при равенстве постоянных Рх и переменных 2Pк потерь:  . Характеристики трансформаторов небольшой мощности, имеющих обычно низкий КПД, можно получить методом непосредственной нагрузки (рис. 1.4), что и предполагается в данной работе. Измерительные приборы в цепях первичной и вторичной обмоток позволяют измерить напряжения, токи, мощности, затем рассчитать коэффициент мощности  и КПД  (при активной нагрузке  ).Предварительное задание к эксперименту По паспортным данным трансформатора (табл. 1.1) определить коэффициент трансформации n, номинальные токи первичной и вторичной обмоток I1ном и I2ном, их активные R1, R2 и реактивные X1, Х2 сопротивления, сопротивления холостого хода Rх, Хx, а также коэффициент нагрузки  , при котором КПД трансформатора максимален. Результаты расчета записать в табл. 1.2.Т а б л и ц а 1.1
|