Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Сервис онлайн-записи на собственном Telegram-боте
    Тот, кто работает в сфере услуг, знает — без ведения записи клиентов никуда. Мало того, что нужно видеть свое расписание, но и напоминать клиентам о визитах тоже. Нашли самый бюджетный и оптимальный вариант: сервис VisitTime.
    Для новых пользователей первый месяц бесплатно.
    Чат-бот для мастеров и специалистов, который упрощает ведение записей:
    Сам записывает клиентов и напоминает им о визите;
    Персонализирует скидки, чаевые, кэшбэк и предоплаты;
    Увеличивает доходимость и помогает больше зарабатывать;
    Начать пользоваться сервисом
  • Исследование однофазного трансформатора






     

    Цель работы:

    1. Изучить устройство, принцип работы трансформатора.

    2. Определить коэффициент трансформации и напряжение короткого замыкания трансформатора.

    3. Построить внешние характеристики трансформатора при различных нагрузках (активной, активно-индуктивной, емкостной).

    4. Определить параметры схемы замещения трансформатора.

    Основные теоретические положения

    Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования посредством магнитного потока электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения при неизменной частоте.

    Электромагнитная схема трансформатора (а) и условные графические обозначения трансформатора (б, в) изображены на рис.1. На замкнутом магнитопроводе, набранном из листов электротехнической стали, расположены две обмотки. Первичная обмотка с числом витков W 1подключается к источнику электрической энергии с напряжением U 1. Вторичная обмотка с числом витков W 2 подключается к нагрузке.

    Под действием подведенного переменного напряжения U 1 в первичной обмотке возникает ток i 1 и появляется изменяющийся магнитный поток Ф. Этот поток индуцирует ЭДС e 1 и e 2 в обмотках трансформатора:

    e 1 = - W 1 ; e 2 = - W 2 .

    ЭДС e 1 уравновешивает основную часть напряжения источника U 1, ЭДС e 2 создает напряжение U 2 на выходных зажимах трансформатора.

    При замыкании вторичной цепи ток вторичной обмотки i 2создает собственный магнитный поток. Намагничивающие силы токов первичной и вторичной обмоток определяют результирующий рабочий магнитный поток, сцепленный с витками первичной и вторичной обмоток.

    Небольшая часть магнитного потока сцеплена только с витками первичной обмотки. Эту часть потока называют потоком рассеяния первичной обмотки и обозначают Фs 1. Аналогично образуется магнитный поток рассеяния вторичной обмотки Фs 2.

    к приемнику

    а б

    в

    Рис.1

    Рис.2

    Магнитные потоки рассеяния наводят в соответствующих обмотках переменные ЭДС еs 1 и еs 2. ЭДС рассеяния можно заменить падением напряжения на индуктивном сопротивлении рассеяния:

    .

    При изучении эксплуатационных свойств трансформатора следует учитывать активные сопротивления обмоток трансформатора R 1 и R 2. Тогда уравне-

    ния электрического состояния обмоток трансформатора примут вид

    - ЭДС, возбуждаемые рабочим потоком Ф;

    - напряжение на вторичной обмотке трансформатора.

    Так как величина мала, составляет не более единиц процентов от , то

    U 1 » Е 1 = wW 1 Ф = 4, 44 f W 1 Фm, (1)

     

    где f – частота напряжения сети;

    Фm - амплитудное значение магнитного потока в трансформаторе.

    Из выражения (1) видим, что при постоянной величине U 1 магнитный поток Ф почти не изменяется, а значит незначительно меняется суммарная магнитодвижущая сила первичной и вторичной обмоток:

    W 1 + W 2 = W 1 ,

    или, обозначив , получим уравнение токов трансформатора:

    = + ,

    где - ток первичной обмотки в режиме холостого хода.

    Для построения схемы замещения реальный трансформатор заменяют приведенным. У приведенного трансформатора число витков первичной обмотки равно числу витков вторичной: W 1 = W 2 ¢. При замене реального трансформатора приведенным параметры первичной обмотки остаются неизменными, а параметры вторичной - приводятся к первичной. Параметры вторичной цепи приведенного трансформатора обозначаются так же, как и у реального, лишь снабжаются штрихом. Итак, уравнения приведенного трансформатора примут вид

    = + .

    Данным уравнениям соответствует Т-образная схема замещения трансформатора (рис.2).

    Так как I 1 x составляет единицы процентов от I 1 ном , то Т-образную схему можно заменить на Г-образную (рис.3) или упрощенную (рис.4), где

    Rк = R 1 + R 2 ¢; Xк = Xs 1 + X¢ s 2; Rx = R 0 + R 1; Xx = X 0 + Xs 1.

    Рис.3 Рис.4

    Параметры схем замещения определяются по данным опыта холостого хода (U 1 н , I 1 x , Px) и опыта короткого замыкания (Uк, I 1 н , Pк):

    Zx = ; Rx = ; Zк = ; Rк = ;

    Xx = ; Xк = .

    Для определения параметров Т-образной схемы замещения упрощенно принимают: R 1 » R¢ 2 = ; Xs 1 = X¢ s 2 = .

    Коэффициентом трансформации называется соотношение ЭДС e 1 и e 2

    = К.

    Для трансформатора, работающего в режиме холостого хода, с достаточной для практики точностью можно считать, что

    К» . (2)

    Процентное изменение вторичного напряжения DU2 % при переменной нагрузке определяется так: DU 2 % = , (3)

    где U 2 x и U 2 - соответственно вторичные напряжения при холостом ходе и заданной нагрузке.

    У трансформаторов средней и большой мощности U 2 x и U 2 мало отличаются друг от друга, использование формулы (3) приводит к значительным погрешностям, поэтому процентное изменение вторичного напряжения рассчитывается по формуле

    DU 2 % = b (Uкаcos j 2 + Uкр sin j 2), (4)

    где b = - коэффициент нагрузки; I 2и I 2 ном - соответственно фактический и номинальный ток во вторичной обмотке;

    Uка и Uкр - соответственно активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания.

    Uк % = ,

    где Uк - напряжение в опыте короткого замыкания при номинальном токе в первичной обмотке.

    Uка = Uк % cos jк = Uк % ; Uкр = .

    Характеристики трансформаторов изображены на рис.5 и 6.

    Рис.5 Рис.6

    Внешние характеристики (рис.5) можно объяснить с применением формулы (4).

    Увеличение напряжения при емкостной нагрузке кроме формулы (4) можно объяснить с помощью упрощенной схемы замещения трансформатора (рис.7). В последовательном контуре при увеличении емкости напряжение на конденсаторе изменяется по кривой (рис.8).

    Рис.7 Рис.8

    Напряжение на конденсаторе равно напряжению U 2 ¢. Из рис.8 видно, что с увеличением емкости, а значит, с увеличением тока I 2 = U 2 / Xc = U 2 wC напряжение на зажимах трансформатора увеличивается.

    Коэффициент мощности cos j 1 трансформатора определяют по формуле

    cos j 1 = .

    Коэффициент полезного действия трансформатора может быть определен экспериментальным путем:

    h = , где P 2 = U 2 I 2 cos j 2.

    Прямой метод определения КПД допустим для трансформаторов малой мощности. КПД трансформаторов средней и большой мощности определяют косвенным путем, используя данные опытов холостого хода и короткого замыкания по формуле

    h = , (5)

    где b = ; Sном - номинальная мощность трансформатора;

    cos j 2 - коэффициент мощности приемников;

    Px и Pк - активные мощности соответственно при опыте холостого хода и короткого замыкания.

    Описание лабораторной установки

     

    Экспериментальное исследование однофазного трансформатора выполняется на установке (рис.9), где со стороны первичной обмотки АX трансформатора ТР предусмотрены приборы для измерения подводимого напряжения U 1, тока I 1 и активной мощности P 1. Со стороны вторичной обмотки ах соответствующими приборами измеряют вторичное напряжение U 2 и ток нагрузки I 2, создаваемый при активной нагрузке – резисторами R 1, R 2, R 3; при активно-индуктивной – дросселями с параметрами Rк, L; при емкостной нагрузке – конденсаторами С 1, С 2, С 3. Для проведения опыта короткого замыкания предусмотрены клеммы К 1, К 2.

    Параметры трансформатора: U 1 н = 220 В; U 2 н = 100 В; S 1 н = S 2 н = 100 ВА. Активное сопротивление дросселя: Rк = 10 Ом.

    Питание установки осуществляется от сети переменного напряжения через двухполюсный выключатель В и регулирующий автотрансформатор ЛАТР.

     

    Порядок выполнения работы

     

    1. Ознакомиться с приборами, аппаратами и оборудованием экспериментальной установки и записать их технические характеристики.

    2. Исследовать трансформатор в режиме холостого хода и нагруженном режиме.

    Для этого необходимо следующее:

    - выключатель “ B ” должен находиться в положении “Выкл.”;

    - поворотом влево ручки регулируемого автотрансформатора ЛАТР “Рег. U 1” установить в нулевое положение;

    - клеммы К 1и К 2 – разомкнуты;

    - все тумблеры вторичной обмотки трансформатора В 1… В 9 – в положении “Выкл.”.

    После проверки правильности подготовки к проведению опыта включить выключатель В, ручкой регулирующего автотрансформатора “Рег. U 1” установить номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора и записать показания всех приборов в табл. 1 для режима холостого хода.

    Нагрузить трансформатор, включая тумблеры В 1, В 2, В 3. После каждого включения занести показания приборов в табл. 1 для активной нагрузки; выключить тумблеры В 1, В 2, В 3.

     

     

    Рис.9

    Нагрузить трансформатор на активно-индуктивную нагрузку, включая тумблеры В 4, В 5, В 6, и после каждого включения записать показания приборов в табл. 1 для активно-индуктивной нагрузки; отключить активно-индуктивную нагрузку, установив тумблеры В 4 , В 5, В 6 в положение “Выкл.”.

    Аналогичные измерения произвести при емкостной нагрузке, данные занести в табл. 1.

    Таблица 1

    Измерено Вычислено Режим
    U 1, B I 1, A P 1, Вт U 2, B I 2, A cosj 1 cosj 2 P 2, Вт b h, % DU, %  
    1.                       Холостой ход
    2. 3.4.                       Активная нагрузка
    5.6. 7.                       Активно-ин- дуктивная нагрузка
    8. 9.                       Емкостная нагрузка

    Разомкнуть все тумблеры вторичной цепи трансформатора.

    Поворотом влево установить ручку регулирующего автотрансформатора в нулевое положение.

    Выключить однополюсный выключатель В.

    3. Опыт короткого замыкания.

    Перед опытом необходимо проверить, чтобы ручка регулирующего автотрансформатора находилась в нулевом положении.

    Замкнуть накоротко вторичную обмотку трансформатора (клеммы К 1 и К 2 замкнуть проводником).

    Включить однополюсный выключатель В. Плавно увеличивая напряжение первичной обмотки трансформатора, установить номинальный ток первичной обмотки, показания приборов занести в табл. 2. Поворотом влево установить ручку регулирующего автотрансформатора в нулевое положение; установить выключатель В в положение “Выкл.”, убрать закоротку между клеммами К 1 и К 2.

    Данные эксперимента показать преподавателю.

    4. Определить коэффициент трансформации К.

    5. По данным таблицы рассчитать cos j 1, cos j 2, P 2, h, DU, b.

    6. Построить в общей системе координат характеристики трансформатора при активной нагрузке в функции вторичного тока:

    I 1 = f (I 2), cos j 1 = f (I 2), h (I 2) при U 1 = U 1 н = const.

    Характерный вид зависимостей приведен на рис.6.

    7. В одной системе координат построить внешние характеристики трансформатора U 2 = f (I 2) или U 2 = f (b) при различных нагрузках (рис.5).

    8. Рассчитать параметры Г-образной схемы замещения трансформатора и заполнить табл. 3.

    Таблица 2

    Напряжение Uк, В Ток А I, А Активная мощность P, Вт
           

     

    Таблица 3

    Rx, Ом Xx, Ом Rк, Ом Xк, Ом
             

     

     

    9. Начертить Т-образную схему замещения трансформатора. Пояснить, почему экспериментально нельзя определить все параметры Т-образной схемы замещения трансформатора.

    10. Сделать вывод по результатам выполненной работы.

    Контрольные вопросы

    1. Как устроен трансформатор?

    2. От чего зависят ЭДС обмоток трансформатора и каково их назначение?

    3. В каких случаях трансформатор называют повышающим и в каком - понижающим?

    4. Что называют коэффициентом трансформации?

    5. Какие вы знаете номинальные параметры трансформатора и что они определяют?

    6. Как определить номинальные токи обмоток трансформатора, если известна номинальная мощность трансформатора?

    7. Что называют внешней характеристикой трансформатора и как ее получить?

    8. Как найти процентное изменение вторичного напряжения трансформатора для заданной нагрузки?

    9. Какие потери энергии имеются в трансформаторе, от чего они зависят и как определяются?

    10. Для чего магнитопровод трансформатора набирается из листов электротехнической стали и какой толщины эти листы?

    11. Какие вы знаете схемы замещения трансформатора и как определяются их параметры?

    12. Как проводится опыт холостого хода? Какие параметры этого опыта указываются в паспорте трансформатора?

    13. Как проводится опыт короткого замыкания трансформатора? Какие параметры этого опыта указываются в паспорте трансформатора?

    14. Где на практике учитывается величина напряжения короткого замыкания?

    15. Чем конструктивно отличаются автотрансформаторы от трансформаторов обычной конструкции?

    Список литературы

    1. Электротехника / Под ред. В. Г. Герасимова. – М.: Высшая школа, 1985. – С. 237-260.

    2. Касаткин А. С., Немцов М. В. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – С. 166-198.

     

    Корректор М.И. Прокушкина

    Изд-во ИжГТУ, Лицензия РФ ЛР № 020885 от 24.05.99.

    Подписано в печать 21.05.2001. Бумага офсетная. Формат 60х84/16

    Печать офсетная. Усл. Печ. Л. 3, 64. Уч.-изд. Л. 4, 07. Тираж 50 экз. Заказ № 30

     

    Тип. Издательства ИжГТУ. Лицензия РФ Пд № 00525 от 28.04.2000.

    426069, Ижевск, Студенческая, 7

     






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.