Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Підготовка до виконання роботи.

Поиск

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 U 1, в обмотці протікатиме струм І 1, який створює замкнений в осерді потік F1.

Якщо U 1 і I 1 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 Е 1, у вторинній – ЕРС взаємоіндукції Е 2, діючі значення яких будуть:

;

,

де w 1, w 2 – кількість витків відповідно первинної та вторинної обмотки трансформатора; ф m – амплітуда магнітного потоку, Вб.

Враховуючи, що wФ m = 2p f Ф m = 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 z н в обмотках будуть діяти синусоїдні струми I 1 та I 2. При цьому навантаження буде знаходитися під напругою U 2, значення якої визнається величиною ЕРС E 2. 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 r к з 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 U 1 = U , U 20 = U . Там же вказують номінальні струми обмоток (I та I ), визначені як відношення його номінальної потужності S н (потужність, яку може віддавати трансформатор з боку вторинної обмотки) до відповідних номінальних напруг:

,

.

На практиці трансформатор, у якого W 1 > W 2 і, отже, Е 1 > E 2 та U 1 > U 2, називають понижувальним, а трансформатор, у якого навпаки W 1 < W 2 і, відповідно, Е 1 < E 2 та U 1 < U 2, - 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 P 1P 2; S 1S 2; U 1 I 1 U 2 I 2; 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 I 2= I досягає номінального значення напруги навантаження U 2= U н. При виключно ємнісному cosj2 < 0 навантаженні, що на практиці буває надзвичайно рідко, зі збільшенням I 2напруга 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 I 2= 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 Р м (втрати в міді) трансформатора будуть такими ж, як при його роботі при номінальному навантаженні, тобто Ркз» Р м.

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 U кз у паспорті апарата відображають у вигляді (U кз/ 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 Р 1 – потужність, яку споживає із мережі система трансформатор-навантаження; Р 2 – 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 D Р в трансформаторі складаються з втрат у його магнітній Р с (втрати у сталі) і електричній Р м (втрати у міді) системах –

.

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

.

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 Р 0, 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 Р мє змінною і має квадратичну залежність від струмів I 1 та I 2.

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            

 



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2016-12-12; просмотров: 76; 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 - 18.119.133.214 (0.009 с.)