Исследование двухобмоточного однофазного трансформатора

3. Регулировочные характеристики представляют собой зависимости тока возбуждения от тока силовой цепи для генератора при постоянном напряжении, для двигателя при постоянной частоте вращения. Они показывают, как нужно регулировать ток возбуждения для сохранения постоянства напряжения (генератор) или частоты вращения (двигатель) при изменении нагрузки.

Более подробно характеристики генераторов и двигателей рассмотрены в указаниях по отдельным работам.

Перед началом снятия характеристики следует установить диапазон изменения регулируемых величин исходя из номинальных данных машины, допуская превышение их на 15 – 20 %. Число замеров (точек характеристики) должно быть не менее 5 – 6, и эти замеры следует приблизительно равномерно распределить по всему диапазону измерений. Обязательно должны быть выполнены замеры при значениях величин, соответствующих номинальному режиму и холостому ходу (кроме двигателей постоянного тока последовательного возбуждения).

После выполнения работы протокол испытаний должен быть подписан преподавателем.

Выполнение отчета по работе

При оформлении отчета следует придерживаться основных правил составления протокола испытаний электрической машины.

Отчет составляется каждым студентом. Его представление к следующему лабораторному занятию обязательно. Рекомендуется оформлять отчет в возможно короткий срок после выполнения работы.

1. Название работы, дата выполнения, фамилия автора, номер учебной группы.

2. Номинальные данные всех электрических машин и измерительных приборов, использованных в работе.

3. Таблицы измеренных и рассчитанных величин и расчетные формулы.

4. Графики характеристик на миллиметровке, вшитые или вклеенные в отчет.

5. Выводы и заключения по работе; в частности, анализ причин отклонения результатов исследования от предполагаемых, если такие отклонения возникли.

При вычерчивании графиков следует придерживаться следующих рекомендаций. Графики выполняются на миллиметровой бумаге тетрадного формата. Масштабы выбираются в круглых, удобных для построения, числах так, чтобы график был близок к квадратной форме. Масштабы наносятся на оси через каждый сантиметр, причем нулевые значения должны быть приняты в начале координат. При нанесении на один график нескольких кривых проводят ряд параллельных осей ординат и указывают на них требуемые масштабы. Однако начало координат во всех случаях принимается одно, соответствующее первой справа оси ординат. Разрывы осей координат не допускаются.

На график следует нанести все точки, полученные в опыте, однако нередко отдельные точки по различным причинам выпадают из общей закономерности. В этом случае выпадающие точки отбрасываются, и кривая проводится помимо них. При построении нескольких кривых на одном графике рекомендуется применение цветных карандашей. В заголовке графика должно быть указано название характеристики и численное значение постоянных величин, при которых они снимались.

Лабораторная работа №1

Исследование однофазного двухобмоточного трансформатора.

Цель работы — ознакомиться с устройством и работой однофазного трансформатора в режимах холостого хода, короткого замыкания и при непосредственной нагрузке.

1. Провести опыт холостого хода (х.х.). По результатам опыта вычислить коэффициент трансформации ; ток холостого хода , коэффициент мощности j₀, параметры намагничивающего контура схемы замещения. Зависимости: построить на одном графике.

2. Провести опыт короткого замыкания. По результатам опыта определить . Построить на одном графике зависимости:. Определить параметры схемы замещения:.

3. Исследовать трансформатор методом непосредственной нагрузки. Снять внешнюю характеристику при .

По данным опыта построить зависимости , =. Провести сравнение КПД и для , полученного методом непосредственной нагрузки и косвенным методом.

Опыт холостого хода

Холостым ходом трансформатора называется режим работы при питании первичной обмотки трансформатора от источника переменного напряжения и разомкнутой вторичной обмотки.

Опыт х.х. осуществляется при номинальной частоте и различных значениях синусоидального напряжения первичной обмотки с целью опытного определения потерь и тока х.х. трансформатора.

Для проведения опыта собирают схему понижающего трансформатора, представленную на рис. 2.

Измерительные приборы подбираются с учетом величины измеряемых напряжений и токов: вольтметры должны быть рассчитаны на номинальные напряжения обмоток, амперметр и ваттметр — на ток 5 – 10% от .

Коэффициент трансформации определяется отношением номинального напряжения на первичной обмотке (обмотке высшего напряжения) к напряжению на вторичной обмотке (обмотке низшего напряжения).

Для этого при помощи ЛАТРа на первичной обмотке устанавливают номинальное напряжение и записывают показания приборов в табл.2.

Измеряют

, В

, В

, А

, Вт

, %

, А

, А

Определить , значение тока х.х. в процентах от ; его активную и реактивную составляющие.

Известно, что , поэтому можно считать, что , т.е. ток холостого хода имеет реактивный характер и является током намагничивания для трансформатора. Это подтверждается и низким значением коэффициента мощности, который определяется в общем случае как ; в режиме холостого хода как .

Активная мощность, потребляемая трансформатором при опыте х.х., состоит из потерь в стали магнитопровода и потерь в первичной обмотке , т.е. , но т.к. потери в обмотке малы и ими можно пренебречь, .

По величине тока х.х. делают вывод о степени насыщения магнитопровода трансформатора.

Параметры намагничивающей ветви схемы замещения трансформатора (рис.4) определяются по формулам:

— полное сопротивление, формула справедлива только при ;

— активное сопротивление;

— индуктивное сопротивление намагничивающей ветви.

• АлтГТУ 419
• АлтГУ 113
• АмПГУ 296
• АГТУ 266
• БИТТУ 794
• БГТУ «Военмех» 1191
• БГМУ 172
• БГТУ 602
• БГУ 153
• БГУИР 391
• БелГУТ 4908
• БГЭУ 962
• БНТУ 1070
• БТЭУ ПК 689
• БрГУ 179
• ВНТУ 119
• ВГУЭС 426
• ВлГУ 645
• ВМедА 611
• ВолгГТУ 235
• ВНУ им. Даля 166
• ВЗФЭИ 245
• ВятГСХА 101
• ВятГГУ 139
• ВятГУ 559
• ГГДСК 171
• ГомГМК 501
• ГГМУ 1967
• ГГТУ им. Сухого 4467
• ГГУ им. Скорины 1590
• ГМА им. Макарова 300
• ДГПУ 159
• ДальГАУ 279
• ДВГГУ 134
• ДВГМУ 409
• ДВГТУ 936
• ДВГУПС 305
• ДВФУ 949
• ДонГТУ 497
• ДИТМ МНТУ 109
• ИвГМА 488
• ИГХТУ 130
• ИжГТУ 143
• КемГППК 171
• КемГУ 507
• КГМТУ 269
• КировАТ 147
• КГКСЭП 407
• КГТА им. Дегтярева 174
• КнАГТУ 2909
• КрасГАУ 370
• КрасГМУ 630
• КГПУ им. Астафьева 133
• КГТУ (СФУ) 567
• КГТЭИ (СФУ) 112
• КПК №2 177
• КубГТУ 139
• КубГУ 107
• КузГПА 182
• КузГТУ 789
• МГТУ им. Носова 367
• МГЭУ им. Сахарова 232
• МГЭК 249
• МГПУ 165
• МАИ 144
• МАДИ 151
• МГИУ 1179
• МГОУ 121
• МГСУ 330
• МГУ 273
• МГУКИ 101
• МГУПИ 225
• МГУПС (МИИТ) 636
• МГУТУ 122
• МТУСИ 179
• ХАИ 656
• ТПУ 454
• НИУ МЭИ 641
• НМСУ «Горный» 1701
• ХПИ 1534
• НТУУ «КПИ» 212
• НУК им. Макарова 542
• НВ 777
• НГАВТ 362
• НГАУ 411
• НГАСУ 817
• НГМУ 665
• НГПУ 214
• НГТУ 4610
• НГУ 1992
• НГУЭУ 499
• НИИ 201
• ОмГТУ 301
• ОмГУПС 230
• СПбПК №4 115
• ПГУПС 2489
• ПГПУ им. Короленко 296
• ПНТУ им. Кондратюка 119
• РАНХиГС 186
• РОАТ МИИТ 608
• РТА 243
• РГГМУ 118
• РГПУ им. Герцена 124
• РГППУ 142
• РГСУ 162
• «МАТИ» — РГТУ 121
• РГУНиГ 260
• РЭУ им. Плеханова 122
• РГАТУ им. Соловьёва 219
• РязГМУ 125
• РГРТУ 666
• СамГТУ 130
• СПбГАСУ 318
• ИНЖЭКОН 328
• СПбГИПСР 136
• СПбГЛТУ им. Кирова 227
• СПбГМТУ 143
• СПбГПМУ 147
• СПбГПУ 1598
• СПбГТИ (ТУ) 292
• СПбГТУРП 235
• СПбГУ 582
• ГУАП 524
• СПбГУНиПТ 291
• СПбГУПТД 438
• СПбГУСЭ 226
• СПбГУТ 193
• СПГУТД 151
• СПбГУЭФ 145
• СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 380
• ПИМаш 247
• НИУ ИТМО 531
• СГТУ им. Гагарина 114
• СахГУ 278
• СЗТУ 484
• СибАГС 249
• СибГАУ 462
• СибГИУ 1655
• СибГТУ 946
• СГУПС 1513
• СибГУТИ 2083
• СибУПК 377
• СФУ 2423
• СНАУ 567
• СумГУ 768
• ТРТУ 149
• ТОГУ 551
• ТГЭУ 325
• ТГУ (Томск) 276
• ТГПУ 181
• ТулГУ 553
• УкрГАЖТ 234
• УлГТУ 536
• УИПКПРО 123
• УрГПУ 195
• УГТУ-УПИ 758
• УГНТУ 570
• УГТУ 134
• ХГАЭП 138
• ХГАФК 110
• ХНАГХ 407
• ХНУВД 512
• ХНУ им. Каразина 305
• ХНУРЭ 324
• ХНЭУ 495
• ЦПУ 157
• ЧитГУ 220
• ЮУрГУ 306

Полный список ВУЗов

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

смоленское областное государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования

«Десногорский Энергетический Колледж»

Лаборатория № 000 Обучающийся:

исследование однофазного двухобмоточного ТРАНСФОРМАТОРА

Цель работы — изучение устройства трансформато­ра и его свойств, экспериментальное получение характеристики U2 = f (I2); определение параметров схемы замещения по опытным данным.

Объект и средства исследования

Исследуется двухобмоточный трансформатор. Питание к нему подводится от регулятора напряжения (лабораторного автотранс­форматора ЛАТР).Для измерения напряжения тока, мощности транс­форматора служит комбинированный прибор К-505, описание кото­рого представлено на рабочем стенде.

Порядок выполнения р а б о т ы

I. Записать в отчет паспортные данные трансформатора, най­ти зажимы первичной и вторичной обмоток.

2.Изучить схему включения регулятора напряжений. К зажимам "Нагрузка" подключить провода от входных клемм прибора К-505, а входные зажимы ЛАТР подключить к сети.

3.Согласно Схеме опыта холостого хода (рис.4) во вторую обмотку трансформатора включить вольтметр, а к первичной подвести напряжение от вторичных зажимов прибора К-505.

4.Включить сеть и от регулятора напряжения подвести к первичной обмотке трансформатора номинальное напряжение. За­нести в табл.4 показания приборов: амперметра, вольтметра, ваттметра и вольтметра, включенного во вторичную обмотку трансформатора.

8.По полученным (из опыта холостого хода> данным сделать расчет параметров ветви намагничивания схемы замещения транс­форматора:

Z0=; R0=; X0=

где Z0- полное сопротивление контура намагничивания;

R0 — активное сопротивление контура намагничивания, связанное c магнитными потерями зависимостью ;

X0 — индуктивное сопротивление контура намагничивания, связанное с основным магнитным потоком Фm;

P0 — активная мощность потерь в ферромагнитном магнитопроводе;

U1н — номинальное напряжение трансформатора, указывается в паспорте;

I10 — ток холостого хода трансформатора, составляет 1…10% от I1н.

Зависимость вторичного напряжения трансформатора от нагрузки называют внешней характеристикой. Напомним, что в силовых трансформаторах за номинальное вторичное напряжение принимают напряжение на зажимах вторичной обмотки в режиме х.х. при номинальном первичном напряжении.

Рисунок 4 – Внешние характеристики трансформатора

Вид внешней характеристики (рисунок 4) зависит от характера нагрузки трансформатора (cosj₂). Внешнюю характеристику трансформатора можно построить путем расчета для разных значений коэффициента нагрузки b и cosj₂.

Под холостым ходом трансформатора понимается режим его работы при разомкнутой вторичной обмотке (рисунок 5). В этих условиях трансформатор со стороны первичной обмотки во всем подобен катушке со стальным сердечником.

Рисунок 5 – Холостой ход трансформатора

Опыт холостого хода. Холостым ходом называют режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке (Z_н = ∞, I₂ = 0). В этом случае уравнения напряжений и токов принимают вид

Так как полезная мощность при работе трансформатора вхолостую равна нулю, то мощность на входе трансформатора в режиме х.х. Р₀ расходуется на магнитные потери в магнитопроводе Р_м,(потери на перемагничивание магнитопровода и вихревые токи) и электрические потери в меди I₀ 2 r₁, (потери на нагрев обмотки при прохождении по ней тока) одной лишь первичной обмотки. Однако ввиду небольшого значения тока I₀, который обычно не превышает 2-10% от I_1ном , электрическими потерями I₀ 2 r₁, можно пренебречь и считать, что вся мощность х.х. представляет собой мощность магнитных потерь в стали магнитопровода. Поэтому магнитные потери в трансформаторе принято называть потерями холостого хода (потерями в стали).

Рисунок 6 – Схемы опыта х.х. трансформаторов: а) однофазного;

Опыт х.х. однофазного трансформатора проводят по схеме, изображенной на рисунке 6, а. Комплект электроизмерительных приборов, включенных в схему, дает возможность непосредственно измерить напряжение U₁, подведенное к первичной обмотке; напряжение U₂₀ на выводах вторичной обмотки; мощность х.х. Р₀ и ток х.х. I₀.

Напряжение к первичной обмотке, трансформатора обычно подводят через однофазный регулятор напряжения РНО, позволяющий плавно повышать напряжение от 0 до 1,15U_1ном. При этом через приблизительно одинаковые интервалы тока х.х. снимают показания приборов, а затем строят характеристики х.х.: зависимости тока х.х. I₀, мощности х.х. Р₀ и коэффициента мощности х.х. соsφ₀

от первичного напряжения U₁ (рисунок 7).

Рисунок 7 – Характеристики х.х. трансформатора

Криволинейность этих характеристик обусловлена состоянием магнитного насыщения магнитопровода, которое наступает при некотором значении напряжения U₁.

В случае опыта холостого хода с трехфазнымтрансформатором напряжение U₁ устанавливают посредством трехфазного регулятора напряжения РНТ (рисунок 6, б). Характеристики х.х. строят по средним фазным значениям тока и напряжения для трех фаз:

Коэффициент мощности для однофазного трансформатора

для трехфазного трансформатора

где P_о‘ и P_о" — показания однофазных ваттметров;

U₁ и I₀ — фазные значения напряжения и тока.

По данным опыта х.х. можно определить:

ток х.х.приU_1ном (в процентах от номинального первичного тока)

В трехфазном трансформаторе токи для трехфазного трансформатора х.х. в фазах неодинаковы и образуют несимметричную систему, поэтому мощность P₀ следует измерять двумя ваттметрами по схеме, изображенной на рисунке 6, б. Падение напряжения в первичной ветви схемы замещения в режиме х.х. I₀(r₁+jx₁) (рисунок 8) составляет весьма незначительную величину, поэтому, не допуская заметной ошибки, можно пользоваться следующими выражениями для расчета параметров ветви намагничивания:

Обычно в силовых трансформаторах общего назначения средней и большой мощности при номинальном первичном напряжении ток х.х. i₀=10÷0,6%.

Если же фактические значения тока х.х. I_0ном и мощности х.х. P_0ном, соответствующие номинальному значению первичного напряжения U_1ном, заметно превышают величины этих параметров, указанные в каталоге на данный тип трансформатора, то это свидетельствует о неисправности этого трансформатора: наличие короткозамкнутых витков в обмотках либо замыкании части пластин магнитопровода.

Рисунок 8 – Схема замещения трансформатора в режиме х.х.

Пример 1. На рисунке 7 приведены характеристики холостого хода (I_{0 ном} = 20,5 А; соsφ_0ном= 0,08) трехфазного трансформатора с данными: S_ном=100 кВА; U_lном,/U_2ном=6,3/0,22 кВ; соединение обмоток Y/Y. Определить параметры ветви намагничивания схемы замещения трансформатора z_m, r_m и х_т и ток холостого хода при номинальном фазном напряжении на стороне обмоток НН U_2ф = 127 В.

Решение. Полное сопротивление ветви намагничивания

активное сопротивление ветви намагничивания

индуктивное сопротивление ветви намагничивания

Ток холостого хода

где номинальное значение тока в обмотке НН

Здесь U_2ном – линейное значение вторичного напряжения.

Опыт короткого замыкания.Короткое замыкание трансформатора – это такой режим, когда вторичная обмотка замкнута накоротко (z_н = 0), при этом вторичное напряжение U₂ = 0. В условиях эксплуатации, когда к трансформатору подведено номинальное напряжение U_1ном, короткое замыкание является аварийным режимом и представляет собой большую опасность для трансформатора.

Рисунок 9 – Схемы опыта к.з. трансформаторов: а) однофазного,

При опыте к.з. обмотку низшего напряжения однофазного трансформатора замыкают накоротко (рисунок 9, а), а к обмотке высшего напряжения подводят пониженное напряжение, постепенно повышая его регулятором напряжения РНО до некоторого значения U_K.ном, при котором токи к.з. в обмотках трансформатора становятся равными номинальным токам в первичной (I_1к = I_1ном) и вторичной (I_2к = = I_2ном) обмотках. При этом снимают показания приборов и строят характеристики к.з.,представляющие собой зависимость тока к.з. I_1к, мощности к.з. Р_к и коэффициента мощности cosφ_к от напряжения к.з. U_к (рисунок 10).

Рисунок 10 – Характеристики к.з. трансформатора

В случае трехфазного трансформатора опыт проводят по схеме, показанной на рисунок 9, б, а значения напряжения к.з. и тока к.з. определяют как средние для трех фаз:

Коэффициент мощности при опыте к.з.

При этом активную мощность трехфазного трансформатора измеряют методом двух ваттметров. Тогда мощность к.з.

где P_к¢ и Р_к¢¢ — показания однофазных ваттметров, Вт.

Напряжение, при котором токи в обмотках трансформатора при опыте равны номинальным значениям, называют номинальным напряжением короткого замыкания и обычно выражают его в % от номинального:

Магнитный поток в магнитопроводе трансформатора пропорционален первичному напряжению U₁. Но так как это напряжение при опыте к.з. составляет не более 10% от U_1ном, то такую же небольшую величину составляет магнитный поток. Для создания такого магнитного потока требуется настолько малый намагничивающий ток, что значением его можно пренебречь. В этом случае

а схема замещения трансформаторов для опыта к.з. не содержит ветви намагничивания (рисунок 11, а). Для этой схемы замещения можно записать уравнение напряжений

Рисунок 11– Схема замещения (а) и векторная диаграмма (б) трансформатора в режиме к.з.

,

Полное сопротивление трансформатора при опыте к.з.

где r_к и x_к — активная и индуктивная составляющие сопротивления к.з. Z_к.

Воспользовавшись уравнениями токов и напряжений, для опыта к.з. построим векторную диаграмму трансформатора (рисунок 11, б). Построение этой диаграммы начинают с вектора напряжения к.з. U_K = I_1KZ_K. Затем под углом φ_к к вектору U_к проводят вектор тока к.з. I_1K = –I_2K. Построив векторы падений напряжения в первичной обмотке I_1Kr₁, и jI_1Kx₁, и векторы падения напряжения во вторичной обмотке –I’_2Kr’₂ и –j I’_2Kx’₂,получают прямоугольный треугольник АОВ, называемый треугольником короткого замыкания. Стороны этого треугольника будут:

где U_к.а и U_к.р – активная и реактивная составляющие напряжения к.з., В.

Полное, активное и индуктивное сопротивления схемы замещения при опыте к.з.:

Полученные значения сопротивлений r_к и z_к,мощности Р_к,коэффициента мощности соsφ_к и напряжения к.з. U_к следует привести к рабочей температуре обмоток +75 °С:

где r_к – активное сопротивление к.з. при температуре θ₁;

α = 0,004 – температурный коэффициент для меди и алюминия.

Так как при опыте к.з. основной поток Ф_mах составляет всего лишь несколько процентов по сравнению с его значением при номинальном первичном напряжении, то магнитными потерями, вызываемыми этим потоком, можно пренебречь. Следовательно, можно считать, что мощность Р_к,потребляемая трансформатором при опыте к.з., идет полностью на покрытие электрических потерь в обмотках трансформатора:

Мощность к.з. приводят к рабочей температуре обмоток +75 °С:

Пример 2. Результаты измерений при опыте короткого замыкания трехфазного трансформатора мощностью 100 кВА с линейными напряжениями 6,3/0,22 В, соединением обмоток Y/Y приведены в таблице 1 (напряжение подводилось со стороны ВН). Построить характеристики короткого замыкания: зависимость тока к.з. I_1к, мощности к.з. P_к и коэффициента мощности cosφ_к от напряжения короткого замыкания U_к.

Решение. Ниже приведен расчет значений параметров опыта короткого замыкания, соответствующих номинальному (фазному) напряжению к.з. U_kHOM =190 В, при котором ток к.з. I_к =I_1ном=S_ном/(√3 U_1ном)=100/(√3·6,3)=9,15А (измерение 4 в таблице 1).

Таблица 1 – Результаты измерений

№ измере-ния	UkA, B	UkB, B	UkC, B	IkA, A	IkB, A	IkC, A	Pk, Bт
2,9 5,1 7,2 9,2	3,0 5,0 7,0 9,2	3,1 5,0 7,2 9,1

Среднее (для трех фаз) значение фазного напряжения к.з.

Среднее (для трех фаз) значение тока к.з.

Параметры схемы замещения трансформатора при опыте короткого замыкания: полное сопротивление к.з. z_к=U_к.ном/I_1ном=190/9,15=20,8Ом; из выражения мощности к.з. P_к = I_1к 2 r_к, определим активное сопротивление к.з.:

индуктивное сопротивление к.з.

Ом.

Приняв температуру θ₁= 20 °С, полученные значения величин приводим к рабочей температуре обмоток +75 °С: активное сопротивление к. з.

r_к75 = 7,1[1 + 0,004(75 — 20)] = 8,6 Ом;

полное сопротивление к.з.

Ом;

В таком же порядке рассчитываем параметры опыта к.з. для других значений тока к.з. Результаты расчета заносим в таблицу 2, а затем строим характеристики короткого замыкания (см. рисунок 10).

Таблица 2 – Результаты расчетов

№ измерения	Uк, В	I1k, А	Рk75, ВТ	cosφk75
9,15	0,40 0,40 0,40 0,40

Дата добавления: 2015-10-13 ; просмотров: 1619 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ