Методичка - ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

30

а) б)

Рис. 4.2

Описание установки

Трехфазный приемник собирается из регулируемых реостатов. Источником трехфазного симметричного напряжения является регулируемый трансформатор с заземленной нейтральной точкой.

Рабочее задание

1. Собрать схему соединения приемников в звезду по рис. 4.3.

Рис. 4.3

2. Включить нейтральный провод. Ввести полностью сопротивления реостатов. С помощью автоматического пускателя АП подать заданное напряжение на приемник. Сопротивлениями ra , rb , rc установить симметричную нагрузку ( Ia = Ib = Ic ) и вы-

полнить первый замер, данные записать в табл. 4.1.

31

Таблица 4.1

3.Отключить автоматическим пускателем напряжение. От-

ключить нейтральный провод. Включить АП и сделать второй замер (нагрузка должна быть симметричной, т. е. Ia = Ib = Ic ).

4.Включить нейтральный провод. Произвольно изменяя сопротивления ra , rb , rc , установить несимметричную нагрузку,

выполняя условие Ia ≠ Ib ≠ Ic , но при этом ни один из токов не

должен превышать 2А. Записать результаты третьего замера.

5. Выключить АП. Отключить нейтральный провод. Включить АП. Установить такую несимметричную нагрузку, чтобы появилось напряжение между нейтральными точками источника и приемника (N и n), т. е. UnN ≠ 0. Записать четвертый замер.

Обработка результатов

1.Для всех опытов по результатам измерений построить топографические векторные диаграммы напряжений и на них показать векторы токов.

2.На построенных векторных диаграммах определить напряжение между нейтральными точками UnN и ток в нейтраль-

ном проводе IN . Данные записать в табл. 4.2.

Таблица 4.2 Опыты 1 2 3 4

UnN

IN

32

3. Определить погрешности измеренных и вычисленных величин UnN и IN , измерив длину их векторов на векторных диа-

граммах и умножив на масштаб величины.

Методические указания к работе

При выполнении работы следует строго соблюдать условия проведения опытов (колонки таблицы “Состояние приемника” и “Нейтральный провод”).

При построении векторных диаграмм можно использовать примерные масштабы: по напряжению mu = 10 В/см и по току

mi =0,25 А/см.

Для измерения фазных напряжений (напряжение между началом фазы и нейтральной точкой n) необходимо использовать один вольтметр и пользоваться им как «переносным».

Рабочее задание

1.Собрать схему соединения приемника треугольником.

2.Ввести полностью сопротивления rab , rbc , rca .

Рис. 4.4

3.При помощи автоматического пускателя АП подать напряжение на приемник.

4.Установить симметричную нагрузку ( Iab = Ibc = Ica ) при

помощи rab , rbc , rca и записать показания приборов в табл. 4.3 для

первого опыта.

5. Установить несимметричную нагрузку ( Iab ≠ Ibc ≠ Ica ),

33

произвольно изменяя сопротивления rab , rbc , rca , но при этом ни

один из указанных фазных токов не должен превышать 2 А. Записать результаты измерений второго опыта в табл. 4.3.

1.По результатам опытов построить топографические векторные диаграммы напряжений (для каждого опыта в отдельности) и на них показать векторы токов.

2.Определить величину линейных токов из построенных векторных диаграмм. Данные записать в табл. 4.4

3. Определить погрешность графических расчетов линейных токов Ia , Ib , Ic из векторных диаграмм по табл. 4.3 и 4.4.

Методические указания к работе

При построении векторных диаграмм можно использовать примерные масштабы: по напряжению mu = 10 В/см и по току

mi = 0,25 А/см.

Контрольные вопросы

1. Дать определение трехфазной цепи.

34

2.Объясните принцип действия трехфазного генератора.

3.Что понимается под симметричной и несимметричной нагрузкой?

4.Какое соединение называется звезда?

5.Как относятся фазные и линейные напряжения и токи при соединении приемника по схеме звезда?

6.От чего зависит величина напряжения между нейтральными точками источника и приемника?

7.Объясните назначение нейтрального провода.

8.От чего зависит величина тока в нейтральном проводе?

9.Почему при “обрыве фазы” напряжение в данной фазе больше, чем в других?

10.Объясните назначение и порядок построения топографических векторных диаграмм напряжений.

11.Какое соединение называется треугольником?

12.Основные соотношения между линейными и фазными токами и напряжениями при симметричной и несимметричной нагрузках при соединении треугольником.

13.Почему при обрыве фазы треугольника фазное напряжение остается неизменным?

14.Объясните порядок построения топографических векторных диаграмм для каждого опыта?

15.Как изменятся линейные токи при изменении нагрузки одной из фаз?

Лабораторная работа № 5

ИСПЫТАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Цель работы

Изучить устройство однофазного трансформатора. Определить характеристики трансформатора. Рассчитать параметры схемы замещения.

Основные теоретические положения

Данную тему целесообразно начинать с изучения электрической цепи однофазного синусоидального тока, содержащей ка-

35

тушку со стальным сердечником, а затем переходить непосредственно к изучению трансформатора. Рассматривая физические процессы, возникающие в трансформаторе, необходимо обратить особое внимание на то положение, что при изменении нагрузки трансформатора в широком диапазоне (от холостого хода до номинального режима) магнитный поток остается постоянным и равным магнитному потоку в режиме холостого хода. Это в свою очередь определяет постоянство потерь в сердечнике, которые легко определяются из режима холостого хода.

При рассмотрении опыта короткого замыкания получается, что магнитный поток в сердечнике трансформатора настолько мал, что им можно пренебречь. При этом режиме потери в стали (сердечнике) трансформатора практически равны нулю, а потери в меди (в обмотках трансформатора) равны потерям при номинальной нагрузке трансформатора. Значения токов, напряжений и мощностей, полученные из опытов холостого хода и короткого замыкания, позволяют определить основные параметры трансформатора.

Врежиме холостого хода напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора равно ЭДС. При увеличении нагрузки напряжение уменьшается на величину падения напряжения на вторичной обмотке, которое зависит от величины и характера нагрузки.

Трансформатор при работе потребляет из сети реактивноиндуктивную энергию, необходимую для создания основного магнитного потока.

Ввитках первичной обмотки в результате их нагревания происходит преобразование электрической энергии в тепловую (потери в меди первичной обмотки P1э). В результате циркуля-

ции основного магнитного потока в сердечнике происходит нагревание его пластин вихревыми токами и из-за перемагничивания по петле гистерезиса (потери в стали Pст).

Электрическая энергия, передаваемая из первичной обмотки во вторичную при помощи основного магнитного потока, представляет собой электромагнитную мощность Pэм.

При протекании тока во вторичной обмотке выделяется тепловая энергия в виде потерь P2э. Нагрузка потребляет активную

составляющую энергии в виде активной мощности P2 . Сумма

36

всех активных составляющих электрической энергии представляет потребляемую трансформатором из сети активную мощность P1. Распределение электрической энергии в трансформато-

ре при работе представлено на рис. 5.1.

Рис. 5.1

Отношение отдаваемой в нагрузку активной мощности P2 к

где PΣ – сумма всех электрических потерь в трансформаторе.

На рис. 5.2 а показана зависимость КПД трансформатора от нагрузки (β) при постоянстве напряжения на зажимах сети и коэффициента мощности нагрузки.

а б Рис. 5.2

Коэффициент нагрузки трансформатора β определяется по формуле:

37

β = I1 = I2 .

I1н I2н

На рис. 5.2 б показаны внешние характеристики трансформатора для различных нагрузок (активной – r, активноиндуктивной – r, L и емкостной – С).

После выполнения лабораторной работы и ответа на контрольные вопросы студенты должны:

-знать основные элементы конструкции трансформатора; выражение для коэффициента трансформации; уравнения электрического и магнитного состояний трансформатора;

-понимать назначение опытов холостого хода и короткого замыкания; сущность «приведения» параметров вторичной обмотки трансформатора к первичной; причины, вызывающие изменение напряжения на вторичной обмотке трансформатора;

-уметь анализировать различные режимы работы трансформатора; читать паспорт трансформатора; включать приемники и электроизмерительные приборы для определения напряжений, токов и мощностей; предвидеть последствия коммуникационных изменений в цепи нагрузки на электрическое состояние трансформатора.

Домашнее задание

Ознакомиться с устройством, назначением и принципом действия однофазного трансформатора, с режимами ого работы. Подготовить таблицы для занесения опытных данных. Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной работы.

Описание установки

Испытывается однофазный трансформатор напряжения. Схема трансформатора представлена на рис. 5.3.

Паспортные данные

1.Установка – внутренняя.

2.Число фаз – одна.

3.Частота – 50 Гц.

4.Мощность – 300 ВА.

Рис. 5.3

5.Номинальные напряжения:

38

-первичной обмотки – 220 В.

-вторичной обмотки – 100 В.

Порядок выполнения работы

Ознакомиться со стендом, паспортными данными трансформатора, разобранным образцом.

1. Опыт короткого замыкания трансформатора

1.1.Собрать схему согласно рис. 5.4.

1.2.ВНИМАНИЕ! Проверить, выведен ли полностью регулятор напряжения автотрансформатора ЛАТР-1, т. е. напряжение на его вторичной обмотке должно быть равно нулю.

1.3.Включить автоматический выключатель АП и, постепенно увеличивая напряжение, установить во вторичной обмотке трансформатора номинальный ток ( I2k = 3 А).

1.4.Выполнить один замер и данные занести в табл. 5.1.

Рис. 5.4

2. Опыт холостого хода трансформатора 2.1. Собрать схему согласно рис. 5.5.

39

Рис. 5.5

2.2.Подать напряжение на схему и установить с помощью автотрансформатора номинальное напряжение на первичной обмотке трансформатора (U1н = 220 В).

2.3.Выполнить одно измерение и данные занести в

табл. 5.2.

3. Рабочий режим трансформатора 3.1. Собрать схему согласно рис. 5.6 а, при активной на-

грузке во вторичной обмотке трансформатора (cosϕ2 = 1). ВНИМАНИЕ! Реостаты R1 и R2 должны быть полностью

введены!

Рис. 5.6

3.2. Включить питание и установить номинальное напряже-