- •Міністерство освіти і науки україни
- •Підпис(и) автора(ів):
- •Загальні положення
- •1. Характеристика робочих місць і небезпечних факторів у лабораторіях електротехніки
- •2. Організація безпечної роботи у навчальних лабораторіях
- •3. Вказівки щоДо оформлення звітів лабораторних робіт
- •Лабораторний практикум
- •2. Лабораторна установка та її електрична схема
- •3. Підготовка до виконання роботи
- •Характеристика електровимірювальних приладів
- •4. Хід виконання роботи
- •Дані вимірювань і результати розрахунків параметрів кіл змінного струму з послідовно з'єднаними r, l і c елементами
- •5. Опрацювання дослідних даних
- •6. Висновки за результатами роботи
- •Запитання для самоперевірки та тестового контролю
- •1. Завдання на виконання роботи
- •2. Лабораторна установка й її електрична схема
- •3. Підготовка до виконання роботи.
- •Характеристика електровимірювальних приладів
- •4. Хід виконання роботи
- •Дані вимірювань і результати розрахунків параметрів кіл змінного струму з паралельно з'єднаними r, r-l і c елементами
- •5. Опрацювання дослідних даних.
- •6. Висновки за результатами роботи
- •Запитання для самоперевірки та тестового контролю
- •Дослідження кола трифазного змінного струму при з’єднанні споживачів зіркою
- •1. Завдання на виконання роботи
- •2. Лабораторна установка та її електрична схема
- •3. Підготовка до виконання роботи
- •Характеристика електровимірювальних приладів
- •4. Хід виконання роботи
- •5. Опрацювання дослідних даних
- •6. Висновки за результатами роботи
- •Запитання для самоперевірки та тестового контролю
- •Дослідження кола трифазного змінного струму при з’єднанні споживачів трикутником
- •1. Завдання на виконання роботи
- •3. 2. Лабораторна установка та її електрична схема
- •3. Підготовка до виконання роботи
- •Характеристика електровимірювальних приладів
- •4. Хід виконання роботи
- •5. Опрацювання дослідних даних
- •6. Висновки за результатами роботи
- •Запитання для самоперевірки та тестового контролю:
- •Випробування однофазного трансформатора
- •Завдання на виконання роботи:
- •3. Підготовка до виконання роботи.
- •Характеристика електровимірювальних приладів
- •4. Хід виконання роботи
- •Таблиця 7.2
- •5. Опрацювання дослідних даних
- •Зміна ккд та Робм трансформатора при різних коефіцієнтах завантаження
- •6. Аналіз одержаних результатів. Висновки і рекомендації
- •Запитання для самоперевірки та тестового контролю
- •Випробування однофазного автотрансформатора
- •Завдання на виконання роботи:
- •2. Лабораторна установка та її електрична схема
- •3. Підготовка до виконання роботи.
- •4. Хід виконання роботи
- •Характеристика електровимірювальних приладів
- •5. Опрацювання дослідних даних
- •6. Аналіз одержаних результатів. Висновки і рекомендації
- •Запитання для самоперевірки та тестового контролю
- •Дослідження генератора постійного струму з паралельним збудженням
- •Завдання на виконання роботи:
- •2. Лабораторна установка та її електрична схема
- •3. Підготовка до виконання роботи.
- •4. Хід виконання роботи
- •Характеристика електровимірювальних приладів
- •Результати дослідження регулювальної характеристики
- •5. Опрацювання дослідних даних
- •6. Аналіз одержаних результатів. Висновки і рекомендації
- •Випробування трифазного асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором
- •1.Завдання на виконання роботи:
- •2. Лабораторна установка та її електрична схема
- •3. Підготовка до виконання роботи
- •Характеристика електровимірювальних приладів
- •4. Хід виконання роботи
- •5. Опрацювання дослідних даних
- •6. Аналіз одержаних результатів. Висновки і рекомендації
- •Запитання для самоперевірки та тестового контролю
- •Засоби підвищення коефіцієнта потужності електроустановки
- •1.Завдання на виконання роботи:
- •2. Лабораторна установка та її електрична схема
- •3. Підготовка до виконання роботи
- •Характеристика електровимірювальних приладів
- •4. Хід виконання роботи
- •5. Опрацювання дослідних даних
- •Результати розрахунків косинусних конденсаторів
- •6. Аналіз одержаних результатів. Висновки і рекомендації
- •Запитання для самоперевірки та тестового контролю
- •Література
- •Додатки
- •Сучасні визначення основних одиниць виміру системи si [4]
- •Похідні одиниці si, які мають спеціальні назви [4]
- •Умовні графічні та літерні позначення елементів електричних схем [6
- •Перелік рекомендованих приладів, обладнання та комутаційних пристроїв для збирання електричних схем до лабораторних робіт:
- •Електротехніка
5. Опрацювання дослідних даних
5.1. Обчисліть за даними табл.7.2 коефіцієнт трансформації К та відносний струму холостого ходу.
Пригадайте, що коефіцієнтом трансформації називають відношення Е1до Е2або W1до W2, тобто
.
Звичайно приблизне значення коефіцієнта трансформації розраховують з досліду холостого ходу за показами вольтметрів, приєднаних до затискачів обмоток ВН та НН:
.
Наруги обмоток, виміряні у режимі холостого ходу, вказують у паспорті трансформатора як номінальні U1=U1н,U20=U2н. Там же вказують номінальні струми обмоток (I1нтаI2н), визначені як відношення його номінальної потужностіSн(потужність, яку може віддавати трансформатор з боку вторинної обмотки) до відповідних номінальних напруг:
,
.
На практиці трансформатор, у якого W1 > W2 і, отже, Е1 > E2 та U1 > U2, називають понижувальним, а трансформатор, у якого навпаки W1 < W2 і, відповідно, Е1 < E2 та U1 < U2, - підвищувальним. Зазначимо, що при обчисленні коефіцієнта трансформації як знижувального так і підвищувального трансформаторів, у чисельник ставлять параметр обмотки ВН. Тобто, коефіцієнт трансформації силового трансформатора завжди більший 1.
Нехтуючи втратами в трансформаторі і припускаючи, що P1 ≈ P2; S1≈ S2; U1I1 ≈ U2I2; коефіцієнт трансформації наближено визначають за відношенням:
5.2. Визначте у відсотках відносний струму холостого ходу Іо за формулою:
Зверніть увагу, що це, в основному, намагнічуючий струм трансформатора і його значення відносно невелике (5-8 % Ін). При цьому більше значення Іо% мають малопотужні трансформатори.
5.3. За результатами досліду короткого замикання (див.табл.7.3) обчисліть опори короткого замикання та відносну втрату напруги у трансформаторі.
Зверніть увагу, що повний опір z первинної і вторинної обмотки трансформатора складається з активного r та індуктивного ХL опорів. Їх наявність викликає у трансформаторі внутрішній спад напруги, що пропорційний величині повного опору обмотки:
.
Отже, при незмінній напрузі U1 вторинна напруга U2 буде змінюватись відповідно до характеру і сили навантажувального струму I2:
Графік
залежності U2= ƒ(I2) при U1
= const, ƒ = const, cos φ2= const називають
зовнішньою характеристикою трансформатора
(рис.7.4). Як бачимо, в режимі холостого
ходу напруга на вторинній обмотці
трансформатора максимальна. Зі збільшенням
активного (cosj2= 1) або активно-і
Рис.7.4.
Зовнішня характеристика трансформатора.
Повна зміна вторинної напруги становить:
де U20, U2н – напруга на вторинній обмотці відповідно при холостому ході і номінальному навантаженні.
Відносна зміна вторинної напруги буде
Втрати напруги в сучасних трансформаторах при при I2 = I2ні cosj2= 1 звичайно складає 2–5 %. Вони суттєво залежать від cos φ2.
Практично значення ΔU2% обчислюють через активну Uка % і реактивну Uкр% складові напруги короткого замикання:
,
для розрахунку яких визначають активний rкз, повний Zкз та індуктивний ХLкз опори приведеного трансформатора (трансформатор, що має К=1), спрощена схема якого показана на рис.7.5. При цьому активна потужність в досліді короткого замикання:
.
Зверніть увагу, що у досліді короткого замикання до первинної обмотки трансформатора підводять напругу значно меншу за номінальну (Uкз = (0,03…0,08)U1н). Тому в осерді апарата діє менший за номінальний магнітний потік і втрати в сталі Pс (Рс= с2 ≈ KU2) будуть малими (Рс тут не перебільшує 2–5 % від Ркз), тобто ними можна знехтувати. Разом з тим, в обмотках трансформатора діють номінальні струми і тому втрати на нагрівання обмоток Рм (втрати в міді) трансформатора будуть такими ж, як при його роботі при номінальному навантаженні, тобто Ркз » Рм.
Обчисліть і запишіть у табл.7.3:
активний опір короткого замикання:
;
повний опір короткого замикання:
;
індуктивний опір короткого замикання:
;
відносну напругу короткого замикання:
;
відносну активну складову напруги короткого замикання:
;
відносну реактивну індуктивну складову напруги короткого замикання:
;
відносну зміну вторинної напруги при номінальному навантаженні за формулою:
.
Відмітимо, що результати вимірюванняUкзу паспорті апарата відображають у вигляді (Uкз/U1н)100%. У потужних трансформаторів значення цієї величини звичайно складає 5–10 %, у малопотужних може сягати 18–20 %. Для будь-якого навантаження відносну зміну напруги трансформатора визначають з урахуванням ступеню його завантаження за формулою:
,
де - коефіцієнта завантаження трансформатора, що може бути визначений із наступних співвідношень:
5.4. Визначте коефіцієнт корисної дії (ККД) трансформатора.
5.4.1.Зауважимо, що ККД трансформатора просто визначити прямим методом. При цьому в первинне і вторинне кола трансформатора вмикають електровимірювальні прилади, з допомогою яких при змінному навантаженні вторинної обмотки вимірюють підведену напругу U1, струм I1і витрачену потужність Р1, а також вторинну напругу U2, струм I2і корисну потужність P2. Використовуючи ці дані, розраховують ККД трансформатора для різних навантажень, у тому числі й номінального, за співвідношенням
,
де Р1– потужність, яку споживає із мережі система трансформатор-навантаження;Р2– активна потужність навантаження (корисна потужність споживача електричної енергії). Очевидно, що в режимі холостого ходу ККД η0= 0.
Оскільки втрати енергії промислових трансформаторів великих потужностей незначні, то ККД цих пристроїв відносно високий – 0,9…..0,99 (більші значення мають трансформатори більших потужностей). У зв’язку з цим прямий метод визначення ККД промислових трансформаторів практично не використовується за наступних міркувань.
По-перше, на практиці номінальна потужність трансформатора, від якого здійснюється живлення споживачів, наприклад, цеху (підприємства), з урахуванням подальшого збільшення числа споживачів, є завищеною. За таких умов випробовувати як працює трансформатор при номінальному навантаженні та при перевантаженні просто неможливо, оскільки не має потрібного навантаження. Встановлювати ж додаткове навантаження не має сенсу.
По-друге, можливі значні похибки в розрахунках. Оскільки на підприємствах, як правило, виникають труднощі, пов’язані з класом точності вимірювальних приладів, необхідних для реалізації прямого методу визначення ККД потужного трансформатора. Тому при застосуванні для його випробовування широко розповсюджених у промисловості приладів (з класом точності більшим за 0,5), різниці у виміряних близьких за значенням P1і P2виявляються співрозмірними з похибкою вимірювальних приладів і у підсумку можна отримати, що ККД апарата більше ніж 100%.
Тому на практиці прямий метод використовують тільки для трансформаторів малої потужності з відносно невеликим ККД (із значною різницею між P1 і P2). У інших випадках застосовують непрямі методи випробовування.
На практиці для визначення ККД потужних електромагнітних пристроїв звичайно застосовують побічні методи випробовування.
Запишемо рівняння визначення ККД трансформатора так:
.
Втрати потужності DРв трансформаторі складаються з втрат у його магнітнійРс( втрати у сталі) і електричнійРм(втрати у міді) системах –
.
Втрати у магнітопроводі, або так звані втрати у сталі , у свою чергу складаються з втрат від вихрових струмів Рві втрат на гістерезисРг:
.
В режимі холостого ходу у первинній обмотці апарату діє відносно малий струм. Отже, втрати на нагрівання цієї обмотки у порівнянні з втратами, які мають місце у обмотці навантаженого трансформатора, також малі. У вторинній обмотці при цьому втрат немає зовсім, оскільки вона розімкнена і там немає струму.
Струм холостого ходу, він же струм намагнічування, створює у осерді трансформатора магнітний потік, величина якого не залежить від навантаження апарата. Це дає підстави вважати, що втрати у магнітній системі трансформатора – втрати в сталі, в режимі холостого ходу такі ж як і при роботі апарата під навантаженням.
Таким чином, потужність в досліді холостого ходу буде:
.
Оскільки втрати на нагрівання первинної обмотки тут не перебільшують 3–5 % від Р0, то можна вважати, що втрати холостого ходу не залежать від навантаження, тобто потужність Ро, яка споживається трансформатором у режимі холостого ходу, витрачається на покриття магнітних втрат:
Ро ≈ Рс = Рг + Рв,
де Рг – втрати від намагнічування (гістерезису); Рв –втрати від вихрових струмів (струмів Фуко). Вони залежать від маси магнітопроводу, якості трансформаторної сталі, частоти змінного струму і максимальної магнітної індукції. Це дає підстави у формулу розрахунку ККД трансформатора замість втрат в сталі підставляти потужність холостого ходу.
З метою зниження втрат від вихрових струмів осердя трансформаторів виконують шихтованими, тобто набраними з ізольованих один від одного тонких листів електротехнічної сталі.
Оскільки значення Рсвизначається напругою живлення первинної обмотки трансформатора, який працює, як правило, при U1= U1н, то можна вважати, що за таких умов Рс= const.
Втрати в електричній системі трансформатора – це втрати енергії на нагрівання первинної і вторинної обмоток (втрати в міді Рм). Вони залежать від струмів, що діють в обмотках апарата і активних опорів цих обмоток:
.
Оскільки навантаження трансформатора може змінюватися, то величина Рм є змінною і має квадратичну залежність від струмівI1таI2.
Отже загалом ККД трансформатора становить:
Те, що Рс≈ Роі Рм»Ркз, дає право підставляти у дану формулу замість втрат у сталі - потужність холостого ходу, а замість втрат у міді - потужність короткого замикання.
Враховуючи відмічене вище і те, що по відношенню до споживача трансформатор є джерелом електричної енергії і тому може мати навантаження з будь яким cos 2, залежність ККД будь-якого силового трансформатора від коефіцієнта завантаження β та коефіцієнта потужності cosφ2 визначають за формулою:
.
Обчисліть за даною формулою значення при змінівід 0 до 1,2 і при cos2рівному 0; 1 і значенні, заданому викладачем. Запишіть результати розрахунків у табл. 7.3.
5.4.3.Визначте змінні втрати в обмотках трансформатора при таких же значеннях β. Результати розрахунків запишіть в табл. 7.3.
Таблиця 7.3