Трансформатор. Высшая школа технологии и энергетики
 Скачать 0.64 Mb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ДИЗАЙНА» ВЫСШАЯ ШКОЛА ТЕХНОЛОГИИ И ЭНЕРГЕТИКИ Институт заочного и вечернего обучения Кафедра «Автоматизированного электропривода и электротехники» Лабораторная работа 5 ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР по дисциплине Электротехника и электроника Вариант 4
Санкт-Петербург 2022 1 Цель работыУсвоить практические приёмы лабораторного исследования однофазного трансформатора методом холостого хода (опыт ХХ) и короткого замыкания (опыт КЗ), снять внешние характеристики трансформатора при различных типах нагрузок. 2 Электрические схемы испытания трансформатораТрансформатор − это статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Для определения коэффициента трансформации п, а также параметров схемы замещения (рис. 1.1) и потерь мощности в трансформаторе проводят опыты холостого хода (опыт ХХ) и опыт короткого замыкания (КЗ) трансформатора.  Рисунок 1.1 – Схема замещения трансформатора На рисунке 1.1 обозначено: − R1 и Х1 − активное и индуктивное сопротивления первичной обмотки; − R’2 и Х’2 − приведенные к числу витков первичной обмотки активное и индуктивное сопротивления вторичной обмотки; − R0 − активное сопротивление намагничивающей ветви, обусловленное потерями мощности в стальном магнитопроводе; − Х0 − индуктивное сопротивление намагничивающей ветви, обусловленное основным магнитным потоком; − Z’н − приведенное к числу витков первичной обмотки сопротивление нагрузки; − U’2 и I’2 − приведенные к числу витков первичной обмотки вторичное напряжение и вторичный ток. При опыте ХХ к первичной обмотке трансформатора подводится номинальное напряжение (рис. 1.2):  где  − полное сопротивление первичной обмотки.  Рисунок 1.2 – Опыт ХХ При этом вторичная обмотка разомкнута (I2 = 0) и напряжение на её зажимах равно:  Измерив напряжение U20, ток I0 и активную мощность Рхи пренебрегая падением напряжения на первичной обмотке (ввиду его небольшого значения по сравнению с ЭДС), т. е. пользуясь упрощённой схемой замещения трансформатора при ХХ, определяют: − коэффициент трансформации  − параметры намагничивающей ветви схемы замещения трансформатора:    − потери мощности при ХХ, называемые потерями в стали Р0, которые затрачиваются в основном на нагрев магнитопровода от действия вихревых токов и циклического перемагничивания стали, т. е. P0 ≈ Px При опыте К3 (рис. 1.3) в отличие от опасного аварийного короткого замыкания трансформатора, возникающего случайно при работе при напряжении U1 = U1н, к первичной обмотке подводят такое пониженное напряжение U1 = Uк (меньшее напряжения U1н в 8…20 раз в зависимости от типа и мощности трансформатора), при котором в его обмотках устанавливаются токи, равные соответствующим номинальным значениям:   где Sн− номинальная мощность трансформатора (в В⋅А или в кВ⋅А). Ввиду малости магнитного потока Ф (пропорционального пониженному напряжению Uк) при опыте К3 и соответственно потерь в стали (а они пропорциональны магнитному потоку в квадрате, т. е. Ф2) активная мощность, потребляемая трансформатором из сети, идёт в основном на нагрев обмоток, т. е. равна электрическим потерям (называемыми потерями в меди Рм) в проводах обмоток:   Рисунок 1.3 – Опыт КЗ Измерив напряжение Uк, ток I1ни активную мощность Рк, определяют: − параметры схемы замещения при КЗ трансформатора (пользуясь упрощенной схемой замещения):    где     соответственно полное, активное и реактивное сопротивления К3 трансформатора; − напряжение К3, выраженное в процентах,  − потери мощности при КЗ трансформатора (потери в меди)  3 Паспортные данные трансформатораПараметры исследуемого трансформатора (номинальные данные): E = 70 В – амплитуда ЭДС источника однофазного напряжения; f = 50 Гц – частота сети; U1н = 49,5 В – номинальное первичное напряжение; I1н = 0,126 А – номинальный ток первичной обмотки; uk% = 10% - напряжение короткого замыкания; 4 Расчет параметров модели трансформатораЗапустим среду Circuit Simulator. Откроем файл lr5_4.txt для исследования однофазного трансформатора (рис. 1.4). Обозначения и назначение элементов на схеме: Е – амплитуда ЭДС источника однофазного напряжения (значение параметра установлено в соответствии с № варианта) , В; В1 – вольтметр для измерения действующего значения напряжения U1(rms) на первичной обмотке транcформатора: U1н = Е/  f = 50 Гц – частота сети; В2– вольтметр для измерения действующего значения напряжения U2(rms) на вторичной обмотке трансформатора; А1 – амперметр для измерения действующего значения тока I1(rms) первичной обмотки трансформатора; А2 – амперметр для измерения действующего значения токаI2(rms) вторичной обмотки трансформатора; S1- переключение режима холостого хода (ХХ) и короткого замыкания (КЗ) трансформатора; S2- подключение нагрузки; R1 – активное сопротивление первичной обмотки трансформатора; R2 – активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора; R3 – сопротивление нагрузки;  Рисунок 1.4 - Схема лабораторной работы Задание 1 Поставим переключатели S1 и S2 в разомкнутое положение. Запустим программу моделирования Curcuit Simulator и занесем показания измерительных приборов В1, В2, A1, А2 и ваттметра в табл. 1.1. Рассчитаем и занесем в табл. 1.1 параметры ХХ трансформатора.   Таблица 1.1 – Параметры ХХ трансформатора
Рассчитаем и занесем в таблицу 1.1 параметры ХХ трансофрматора:      Скопируем в отчёт осциллограммы тока i(t) и напряжения u(t), подключив осциллограф к источнику Е.Подтвердим равенство сдвига по фазе φхх(град) вычисленного по параметрам цепи (Р0,U10иI0) иинтервалу времени ∆t (ms) осциллограм по формуле: φхх = 360°∆t/Т = 360°*12.4/50=89,28 град  Задание 2 Проведем опыт КЗ трансформатора. Для этого: − установим ЭДС источника напряжения:  − поставим переключатель S1 в положение замкнуто, т. е. замкнем накоротко вторичную обмотку трансформатора; − запустим программу MS10.   Данные измерений занесем в табл. 1.2.Таблица 1.2 – Параметры КЗ трансформатора
Рассчитаем и занесем в таблицу 1.2 параметры КЗ трансофрматора: uк ( ) = 100Uк/U1н;  R1=R2′=Rк /2; R2=R2′/n2; Хр1=Хр2′= Хк /2; Хр2=Хр2′/n2; cos φк = Рк / (Uк∙I1н), φхх= arccos(cos φк), φк = 360°∆t/Т = 360*0.1/50=0  Задание 3 Снимем внешние характеристики U2(I2) трансформатора при резистивной нагрузке. С этой целью: − разомкнем переключатель S1 и замкнем переключатель S2; − установим номинальное напряжение U1н = 42,4 В;  − рассчитаем номинальное сопротивление резистора Rн (нагрузки) I2н nI1н = 3*0,126=0.378 А  - изменяя сопротивление R3, снимаем показания вольтметра В2 и амперметра A2 при токах 0 (ХХ); 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25 от тока I2н(I2н≈ nI1н) и занесем их в табл. 1.3. Таблица 1.3 – Внешняя характеристика при резистивной нагрузке
 Рисунок 1.5 - Внешняя характеристика при резистивной нагрузкеВыводыВ результате выполнения работы были усвоены практические приёмы лабораторного исследования однофазного трансформатора методом холостого хода (опыт ХХ) и короткого замыкания (опыт КЗ), снята внешняя характеристика трансформатора при резистивной нагрузке. Работы была выполнена с помощью среды Circuit Simulator. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, 
, град