Электротехника Часть_1 2014

жима работы следует также начинать с построения векторов напря-

жений ŪAB, ŪBC, ŪCA.

Построение векторов фазных и линейных токов ведется так же, как и в номинальном режиме.

При обрыве линейного провода (аварийный режим работы) питание цепи становится однофазным и равным линейному напряжению. Вследствие этого на двух соединенных последовательно нагрузках происходит перераспределение линейного напряжения пропорционально величинам сопротивлений нагрузок. В третьей фазе сохраняются нормальные условия питания нагрузки.

Нарушение режима работы нагрузок в двух фазах при обрыве одного линейного провода является основным недостатком соединения нагрузок по схеме «треугольник».

В отчете привести:

-принципиальную электрическую схему с необходимыми пояснениями;

-паспортные данные приборов;

-таблицу с экспериментальными данными;

-векторные диаграммы для режимов, указанных преподавате-

лем.

Вопросы для самоконтроля

1.Сохраняется ли постоянство фазных напряжений при несимметричной нагрузке?

2.Какое преимущество имеет схема соединения нагрузок треугольником по сравнению с соединением звездой, звездой с нулевым проводом?

3.Влияет ли изменение нагрузки в одной из фаз на величины токов в остальных фазах?

4.Отчего зависит угол сдвига фаз φ между фазными напряжениями и соответствующими фазными токами?

5.Сохраняются ли одинаковыми соотношениями между линейными и фазными токами при симметричной и несимметричной нагрузке?

6.Влияет ли на режим работы остальных нагрузок отключение одной, двух фаз?

7.Какие недостатки имеются у схемы соединения нагрузок треугольником?

41

Лабораторная работа №5

Исследование однофазного силового трансформатора

Цель работы

Определение основных параметров и характеристик однофазного силового трансформатора.

Программа работы

1.Ознакомиться с лабораторным стендом и выбрать необходимые измерительные приборы и электрооборудование.

2.Собрать схему (рис. 5.1) и после проверки ее преподавателем записать паспортные данные используемых приборов и оборудования.

3.Провести опыт холостого хода трансформатора.

4.Провести опыт короткого замыкания.

5.Исследовать трансформатор в нагрузочном режиме.

6.НИРС:

а) снять характеристики холостого хода;

42

б) снять характеристики холостого хода трансформатора с неизолированным и изолированным ярмом и оценить качество магнитопровода;

в) рассчитать к.п.д. трансформатора, используя данные холостого хода и опыта короткого замыкания и сравнить с экспериментальными значениями.

Методические указания по выполнению работы

1. Принципиальная схема установки для исследования однофазного трансформатора приведена на рис. 5.1. Исследуемый трансформатор Т1 представляет собой две катушки (первичная и вторичная обмотки), надетые на стальной сердечник с закрепленным сверху ярмом. В качестве регулируемого источника напряжения применен автотрансформатор Т2. Нагрузкой rн трансформатора является реостат (15 Ом; 50 Вт):

Рис. 5.1. Принципиальная схема установки для исследования однофазного трансформатора

Выбор пределов измерений измерительных приборов производится исходя из номинальных данных трансформатора, приведенных на принципиальной схеме (рис. 5.1).

2. Для выполнения опыта холостого хода выключить выключатель S1.

С помощью автотрансформатора Т2 установить на первичной обмотке номинальное напряжение 220 В. Результаты измерений записать в табл. 5.1.

43

3. Для выполнения опыта короткого замыкания рукоятку автотрансформатора Т2 поставить в нулевое положение. Движок реостата rн поставить в нулевое положение. Включить выключатель S1. Плавно увеличивая автотрансформатором напряжение на первичной обмотке трансформатора Т1, установить в этой обмотке номинальный ток 0,3 А. Результаты измерений записать в табл. 5.2.

4. Для исследования трансформатора под нагрузкой движок реостата rн поставить на максимум. С помощью автотрансформатора Т2 установить на первичной обмотке номинальное напряжение 220 В. Плавно уменьшая сопротивление реостата rн, изменять вторичный ток от 1,5 до 4,5 А через 0,5 А. Результаты измерений для каждого значения вторичного тока записать в табл. 5.3.

Таблица 5.3 Результаты исследования работы трансформатора под нагрузкой

44

1

2

3

…

…

Обработка результатов измерений и составление отчета по работе

Трансформатором называется статический (без движущихся частей) электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте. Обмотка трансформатора, соединенная с источником электроэнергии, называется первичной. Обмотка, отдающая электроэнергию потребителям, называется вторичной.

Холостым ходом трансформатора называется такой режим, при котором напряжение на первичной обмотке равно номинальному , вторичная обмотка разомкнута, и ток в ней равен нулю.

Мощность Р1хх называется мощностью холостого хода. Эта мощность почти целиком расходуется на потери в стали сердечника, состоящие из потерь на гистерезис при циклическом перемагничивании стали и потерь на вихревые токи. Потерями в проводнике первичной обмотки из-за малого по величине тока холостого хода I1xx обычно пренебрегают.

Коэффициентом трансформации К называется отношение э.д.с. первичной обмотки Е1 к э.д.с. вторичной обмотки Е2. Действующие значения этих э.д.с определяются выражениями:

где f – частота, Гц; W1 и W2 – числа витков первичной и вторичной обмоток трансформатора; Фm – амплитудное значение магнитного потока, Вб. В соответствии с выражениями (5.1) и (5.2) можно записать:

45

При холостом ходе можно пренебречь падением напряжения в первичной обмотке и считать, что:

Из-за отсутствия тока во вторичной обмотке

Учитывая, что исследуемый трансформатор является понижающим, коэффициент трансформации К в данной работе рассчитывается по формуле:

Рассчитанное по формуле (5.6) значение коэффициента трансформации К записать в табл. 5.1.

Коротким замыканием трансформатора называется такой режим, при котором вторичная обмотка замкнута накоротко. Следует различать короткое замыкание в эксплуатационных условиях и опыт короткого замыкания. Эксплуатационное короткое замыкание является аварийным режимом, так как приводит к значительному увеличению токов в первичной и вторичной обмотках и может вызвать разрушение трансформатора.

Опытом короткого замыкания называется искусственный режим трансформатора, когда вторичная обмотка замкнута накоротко, а на зажимы первичной подается относительно малое напряжение, при котором по первичной обмотке протекает номинальный ток.

Мощность Р1кз тратится в основном на нагрев обмоток трансформатора и характеризует так называемые потери в меди обмоток.

Напряжение короткого замыкания является важным параметром трансформатора. По ГОСТу напряжение короткого замыкания указывается в паспортных данных трансформатора, на основа-

46

нии этого напряжения можно оценить внешнюю характеристику трансформатора.

Значение cosφ1кз и напряжения короткого замыкания в процентах от номинального, рассчитанные по формулам (5.7) и (5.8), записать в табл. 5.2.

Нагрузочным режимом называется такой, при котором на первичной обмотке поддерживается номинальное напряжение, а нагрузка на вторичной обмотке может быть в пределах от нуля до номинальной.

При активном характере нагрузки rн:

P

η 1 . (5.10)

P2

Коэффициент загрузки трансформатора рассчитывается по формуле:

где I2ном – номинальный ток вторичной обмотки трансформатора (4,5

А).

Рассчитанные значения мощности Р2, к.п.д. η, коэффициента загрузки β и cos φ 1 записать в табл. 5.3.

Одной из важнейших зависимостей, определяющих работу трансформатора под нагрузкой, является внешняя характеристика. Внешней характеристикой трансформатора называется зависимость напряжения на вторичной обмотке от тока вторичной обмотки (тока

47

нагрузки) при номинальном напряжении на первичной обмотке и неизменном cosφ2 цепи вторичной обмотки.

На основании второго закона Кирхгофа для цепи вторичной

где r2, x2 – соответственно активное и индуктивное сопротивления вторичной обмотки.

Выражение (5.12) показывает, что при неизменной э.д.с. вторичной обмотки при увеличении тока нагрузки возрастают падения напряжения на активном и индуктивном сопротивлениях вторичной обмотки, а напряжение на зажимах вторичной обмотки при активноиндуктивной нагрузке уменьшается. Иногда внешнюю характеристику трансформатора строят в относительных величинах:

U2 f β .

U2 xx

Нагрузочный режим трансформатора характеризируется также зависимостями к.п.д. и cosφ1 от тока нагрузки.

В отчете привести:

-принципиальную схему установки для исследования однофазного трансформатора с необходимыми пояснениями;

-паспортные данные приборов и электрооборудования;

-таблицы и расчетные формулы;

-графики зависимостей: U2=f1(I2), η= f2(β), cosφ1 =f3(β).

Вопросы для самоконтроля

1.Почему можно пренебречь потерями в меди при опыте холостого хода?

2.Почему можно пренебречь потерями в стали при опыте короткого замыкания?

3.Какая разница между эксплуатационным коротким замыканием и опытом короткого замыкания?

4.Почему в нагруженном трансформаторе вторичное напряжение отличается от вторичной э.д.с.?

5.Что такое внешняя характеристика трансформатора?

6.Что такое коэффициент загрузки трансформатора?

48

Приложение 1

Условные обозначения величин

При оформлении отчетов следует использовать следующие обозначения электрических величин с учетом характера и схемы соединения нагрузки.

1.Параметры всей цепи: U – напряжение сети;

Ua– падение напряжения на активном сопротивлении цепи;

Up – падение напряжения на реактивном сопротивлении цепи;

I – общий ток цепи;

Ia– активная составляющая тока всей цепи;

Ip – реактивная составляющая тока всей цепи; z – полное сопротивление всей цепи;

r – активное сопротивление всей цепи;

х – реактивное сопротивление всей цепи; у– полная проводимость всей цепи;

g – активная проводимость всей цепи;

b – реактивная проводимость всей цепи; Р – активная мощность всей цепи;

Q – реактивная мощность всей цепи; S – полная мощность всей цепи;

cosφ – коэффициент мощности всей цепи.

2.Параметры активной нагрузки:

Ur – падение напряжения;

Ir –-ток;

Рr – мощность;

rr – сопротивление; gr – проводимость.

3. Параметры активно-индуктивной нагрузки (катушки): Uk – полное падение напряжения на катушке;

Uаk – падение напряжения на активном сопротивлении катушки; Uрk – падение напряжения на реактивном сопротивлении катушки;

Ik – общий ток катушки;

Iаk – активная составляющая общего тока катушки; Iрk – реактивная составляющая общего тока катушки; zk – полное сопротивление катушки;

rk – активное сопротивление катушки; xk – реактивное сопротивление катушки;

49

yk – полная проводимость катушки; gk – активная проводимость катушки;

bk – реактивная проводимость катушки; Pk–активная мощность катушки;

Qk – реактивная мощность катушки; Sk – полная мощность катушки;

cosφk – коэффициент мощности катушки.

4. Емкостная нагрузка (конденсатор):

Uс – падение напряжения на конденсаторе; Iс – ток конденсатора;

xс – сопротивление конденсатора; bс – проводимость конденсатора;

Qс – реактивная мощность конденсатора;

cosφc=cos 90° = 0° – коэффициент мощности конденсатора.

5. Схема соединения нагрузки по системе «звезда» и «треугольник»:

UAB, UBC, UCA – линейные напряжения; UAX, UBY, UCZ – фазные напряжения;

IA, IB, IC – линейные токи;

IAX, IBY, ICZ – фазные токи.

6. Параметры обмоток однофазного трансформатора: U1 – напряжение первичной обмотки;

U2 – напряжение вторичной обмотки;

Ixx – ток режима холостого хода трансформатора; W1–число витков первичной обмотки трансформатора; W2 – число витков вторичной обмотки трансформатора; Е1 – э.д.с. первичной обмотки; Е2 – э.д.с. вторичной обмотки.

50