Підготовка до виконання роботи.



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Підготовка до виконання роботи.



3.1. Ознайомтеся з розташуванням на панелі лабораторного стола затискачів вимикача QF джерела напруги (клеми А, В, С і N) та трансформатора (клеми А, Х, а та х). Перевірте дієздатність приєднувальних затискачів і запам’ятайте положення “Ввімкнено” і “Вимкнено” на вимикачі QF.

3.2. Виберіть необхідні для дослідів прилади, визначте їх тип, систему, номінали шкал, клас точності та встановіть їх відповідність вимогам, вказаним в описі установки. Заповніть таблицю приладів (табл. 7.1). Зверніть увагу на розміщення на панелі ватметра генераторних (позначені зірками) і навантажувальних затискачів «І» та “U” його обмоток.

Таблиця 7.1

Характеристика електровимірювальних приладів

(приклад)

Назва приладу Марка Система Клас точності Межа вимірювання Ціна поділки Заводський номер
Вольтметр Э545 Електромагнітна 0,5 0-150-300 2 В/под. №…….
Амперметр Э539 Електромагнітна 0,5 0-0,5-1 0,005 А/под. №…….
Амперметр Э519 Електромагнітна 0,5 0-2,5-5 0,025 А/под. №…….
Ватметр Д535 Електродинамічна 0,2 0-75-150-300 В 0-2,5-5 А 5 Вт/под. №…….

Хід виконання роботи

4.1. Дослід холостого ходу. Для проведення досліду при вимкненому вимикачі QF, складіть схему, показану на рис. 7.2. Для цього сполучіть за допомогою провідників:

- між собою затискач фази А джерела напруги та генераторні затискачі ватметра PW;

- затискач «І» ватметра - із клемою А трансформатора;

- затискач фази С джерела напруги — із затискачем ”U” ватметра та, через амперметр РА (з малими межами струмів), із клемою Х трансформатора;

- клеми А та Х – із вольтметром РV1, а клеми а та х– із вольтметром РV2.

4.2. Після перевірки схеми викладачем ввімкніть вимикач QF.

Зверніть увагу, що електрична енергія у трансформаторі передається від первинної обмотки до вторинної електромагнітним шляхом. Тому при вмиканні первинної обмотки до мережі змінного струму напругою U1, в обмотці протікатиме струм І1, який створює замкнений в осерді потік F1.

Якщо U1 і I1 синусоїдні, то, нехтуючи насиченням сталевого магнітопроводу, можна вважати, що потік Ф також буде змінюватися за синусоїдним законом:

.

Цей потік зчеплений з обома обмотками та індукує в кожній з них зміну ЕРС: у первинній – ЕРС самоіндукції Е1, у вторинній – ЕРС взаємоіндукції Е2, діючі значення яких будуть:

;

,

де w1, w2 – кількість витків відповідно первинної та вторинної обмотки трансформатора; фm – амплітуда магнітного потоку, Вб.

Враховуючи, що wФm = 2pfФm = Em,, то, перейшовши від амплітудних значень до діючих –

,

одержимо рівняння трансформаторних ЕРС у вигляді:

,

.

тут ƒ- частота змінного струму мережі, Гц.

При замиканні вторинної обмотки трансформатора на навантаження zн в обмотках будуть діяти синусоїдні струми I1 та I2. При цьому навантаження буде знаходитися під напругою U2, значення якої визнається величиною ЕРС E2. Діючі значення напруг, струму та величину активної потужності, що споживається трансформатором визначають за показами вимірювальних приладів.

4.3. Запишіть покази амперметра РА, РV1, PW та РV2 у відповідні прографи таблиці 7.2 та вимкніть вимикач QF.

Таблиця 7.2

Результати досліду холостого ходу

Показання приладів Дані розрахунку
U1 U20 Іо Ро К Io %
C= В/под C= В/под C= A/под C= Вт/под
под. В под. В под. А под. Вт - %
NU = NU×Cu NU = NU×Cu NI = NI×CI NW = NW×CW    

 

4.4. Дослід короткого замикання. Зауважимо, що дослід короткого замикання є стандартним дослідом випробовування електричних машин і апаратів, зокрема трансформатора, і не має ніякого відношення до аварійного режиму – короткого замикання. При проведенні цього досліду вторинну обмотку трансформатора замикають на коротко, а до його первинної обмотки за допомогою дільника напруги ДН підводять таку напругу Uкз, при якій I1 = I. За таких умов у вторинній обмотці апарата буде діяти струм I2 = I. Формально це струм короткого замикання, але оскільки Uкз << U і, отже, Е2 << Е, його значення набагато менше від аварійного струму короткого замикання. Завдяки цьому дослід є безпечним.

Для проведення досліду при вимкненому вимикачі QF, складіть схему, показану на рис. 7.3. Для цього сполучіть з допомогою провідників:

- між собою затискач фази А джерела напруги та генераторні затискачі ватметра PW;

- затискач «І» ватметра із клемою А трансформатора;

- затискачі однофазного джерела низької напруги (36 В) – з нерухомими контактами Х1 та Х2 повзункового реостата RR, а його рухомий контакт X3 – із затискачем ”U” ватметра та через амперметр РА - з клемою Х трансформатора;

- клеми А та Х – із вольтметром РV, а клеми а та х– між собою.

- встановіть повзунок Х3 реостата RR у положення, при якому покази вольтметра дорівнюватимуть нулю (біля контакту Х1);

- виставте на ватметрі межі вимірювання: 75 В (напруга) і 2,5 А (струм).

4.5. Після перевірки схеми викладачем ввімкніть вимикач QF і, переміщуючи повзунок ПН, збільшіть підведену до первинної обмотки напругу так, щоб в первинній обмотці проходив її номінальний струм.

4.6. Запишіть покази приладів РА, РV та PW у відповідні прографи таблиці 7.3 та вимкніть вимикач QF.

Таблиця 7.3

Результати досліду короткого замикання вторинної обмотки трансформатора

Покази приладів Дані розрахунку Примітка
Uкз Ікз Ркз rкз Хкз Zкз Uкз% Ua% Up% DU2%
CU= B/под. CI= А/под. CW= Вт/под.
под. B под. А под. Вт Ом Ом Ом % % % %
NU = NU×Cu NI = NI×CI NW = NW×CW                
                             

4.7. Покажіть результати дослідів викладачеві та з його дозволу розберіть схему установки.

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 Е1 до Е2 або W1 до 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 = U, U20 = U. Там же вказують номінальні струми обмоток (I та I), визначені як відношення його номінальної потужності Sн (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 P1P2; S1S2; 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 зактивного 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 (cos j2 = 1) або активно- індуктивного (cos j2 > 0) навантаження напруга на вторинній обмотці трансформатора зменшується і при I2= I досягає номінального значення напруги навантаження U2= Uн. При виключно ємнісному cosj2 < 0 навантаженні, що на практиці буває надзвичайно рідко, зі збільшенням I2напруга на вторинній обмотці зростає.

Повна зміна вторинної напруги становить:

де U20, U– напруга на вторинній обмотці відповідно при холостому ході і номінальному навантаженні.

Відносна зміна вторинної напруги буде

Втрати напруги в сучасних трансформаторах при при I2= I і 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)U). Тому в осерді апарата діє менший за номінальний магнітний потік F і втрати в сталі Pсс= сF2 ≈ 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 вимірювання Uкз у паспорті апарата відображають у вигляді (Uкз/U)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 b - 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 I1 і витрачену потужність Р1, а також вторинну напругу U2, струм I2 і 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 P1 і P2 виявляються 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 DР в трансформаторі складаються з втрат у його магнітній Рс ( втрати у сталі) і електричній Рм (втрати у міді) системах –

.

Втрати у магнітопроводі, або так звані втрати у сталі , у свою чергу складаються з втрат від вихрових струмів Рв і втрат на гістерезис Рг:

.

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 Рс визначається напругою живлення первинної обмотки трансформатора, який працює, як правило, при U1 = U, 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 Рмє змінною і має квадратичну залежність від струмів I1 та I2.

Отже загалом ККД трансформатора становить:

Те, що Рс ≈ Ро і 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 j2, залежність ККД будь-якого силового трансформатора від коефіцієнта завантаження β та коефіцієнта потужності cosφ2 визначають за формулою:

.

Обчисліть за даною формулою значення h при зміні b від 0 до 1,2 і при cos j2 рівному 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 значенняхβ. Результати розрахунків запишіть в табл. 7.4.

Таблиця 7.4

Зміна ККД та Робм трансформатора при різних коефіцієнтах завантаження

Параметр β
ККД сos φ2 0,25 0,5 0,75 1,25
η
задане            
           
Робм = β2Ркз, Вт            

 



Последнее изменение этой страницы: 2016-12-12; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.206.177.17 (0.022 с.)