Измерительные приборы электростатической системы.



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Измерительные приборы электростатической системы.



Принцип действия этих прибо­ров основан на взаимодейст­вии между электрически заря­женными телами.

 

 

 

Рис. 24. Схема устройства измери­тельного прибора электростатичес­кой системы. 

На рисунке 24 приведена схема устройства механизма электростатической системы. Между двумя неподвижно за­крепленными пластинками 1 и 2 укреплена подвижная плас­тинка 3. Качаясь на двух под­весах, она может, удаляясь от пластинки 1, приближаться к пластинке 2. Пластинки 1 и 3 электрически соединены друг с другом, а пластинка 2 от них изо­лирована. Движение пластинки 3 отрегулировано таким образом, что со второй соединиться электрически она не может.

Если пластинки 1 и 3, соединенные друг с другом, подсоеди­нить к одному полюсу измеряемого напряжения, а пластинку 2 к другому, то подвижная пластинка 3, отталкиваясь от одноименно заряженной пластинки 1 и притягиваясь к пластинке 2, заряжен­ной зарядом противоположного знака, будет перемещаться к пос­ледней (вправо). Это движение с помощью тяги 4 передается стрелке, и она отклонится на некоторый угол.

Противодействующий момент создается подвесами или спиральной пружиной, смонтированной на оси стрелки. Величина вра­щающего момента зависит от разности, потенциалов. Расчеты по­казывают, что

                                                     

                                         Mвр =U2                                                           

                                                                                                                                                                                                                                                 то есть вращающий момент пропорционален квадрату приложен­ного напряжения.

Из этого уравнения видно, что шкала такого прибора нерав­номерна. Соответствующим выбором формы пластин можно до­биться почти полной равномерности шкалы. Эти приборы могут быть использованы только для измерения напряжений. Приборы, устроенные по рассмотренной схеме, могут измерять напряжение от 1 до 15 кв, так как при меньшем напряжении вращающий мо­мент, действующий на подвижную систему, слишком мал. Много­пластинчатые измерительные механизмы позволяют измерять на­пряжения от 20 в.

Приборы электростатической системы применимы в цепях по­стоянного и переменного токов, так как с изменением полярности напряжения изменяются знаки зарядов на всех пластинах одно­временно, благодаря чему направление силы, действующей на подвижную пластинку 3, остается прежним.

 

                          Рис.:25. Логометры

а — магнитоэлектрический; б — ферродинамичсский; в — электродинами­ческий.

 

Для гашения колебаний подвижной системы применяются воз­душные и магнитоиндукционные успокоители.

Достоинства приборов электростатической системы следующие:

1) возможность применять в цепях постоянного и переменного токов;

2) независимость показаний от частоты и формы кривой напря­жения;

3)  практически полное отсутствие потребления мощности при­бором;

4) независимость показаний от внешних магнитных полей.

Недостатки этих приборов:

1) зависимость показаний от внешних электрических полей;

2)  невысокая точность (не выше класса 1,0);

3) малая чувствительность;

4) относительно высокая стоимость.

 

 

II.2.Электрические машины и электропривод.

 

Технологическая карта№14.

  Исследование силового двухобмоточного трансформатора методом холостого хода и короткого замыкания

Цель работы. Ознакомиться с устройством трансформатора; усвоить практические приемы лабораторного исследования трансформатора методом холостого хода и короткого замыкания.

Программа работы.

1. Ознакомиться с устройством трансформато­ра; записать его паспортные данные, а также данные измерительных приборов и регулятора напряжения.

2. Собрать схему опыта х. х. трансформатора и после проверки ее  руководителем выполнить опыт х. х.

3. Собрать схему опыта к. з. трансформатора и после проверки ее  руководителем выполнить опыт к. з.

4. Используя результаты опытов х. х. и к. з., построить внешние характеристики трансформатора при коэффициентах мощности на­грузки соsφ2 = 1 и соsφ2 = 0,8.

5 Используя результаты опытов х. х. и к. з., построить графики зависимостей КПД трансформатора от нагрузки при соsφ2 = 0,8 и соsφ2  = 1 и определить нагрузку трансформатора, соответствующую максимальному значению КПД.

6. Составить отчет и сделать заключение о проделанной работе.

Подготовка к работе. 1. Повторить теоретический материал: принцип действия и устройство силового трансформатора, уравнения ЭДС, МДС и токов, схема замещения трансформатора; трехфазный трансформатор; опыты х. х. и к. з., потери и КПД; внешние характеристики трансформатора.

 

2. Подготовить в рабочей тетради таблицы для занесения результатов опытов и координатные сетки для построения графиков.

Порядок выполнения работы. Однофазный транс­форматор. Опыт холостого хода. В схеме вклю­чения однофазного трансформатора при опыте х. х. применен регуля­тор напряжения РНО (рис. 26, а), позволяющий плавно регулировать подводимое к первичной обмотке напряжение. В качестве первичной обычно используют обмотку низшего напряжения НН. Всего делают ре менее пяти замеров через приблизительно одинаковые интервалы тока х. х., изменяя подводимое к трансформатору напряжение от 0,51ном до l,15U1ном.. Показания измерительных приборов заносят в табл. 1.1.

 

 

 

Рис.26  . Схемы включения однофазного трансформатора при опытах

х. х. (а) и к. з. (б)

 

Таблица 1.1

 

Номер измерения и вычисле­ния

 

Измерения

 

Вычисления

 

U1 I0 P0,ВТ U20 i0,% cosφ0 k
               

 

Затем выполняют расчеты: ток х. х. в процентах от номинального первичного тока,

                    i0= (I0/ I1ном)100;                                        (1.1)

коэффициент мощности в режиме х. х.

 

                        cosφ0  = Р0/(U1I0)                                       (1.2)

коэффициент трансформации

 

                       k = U20/U1                                                         (1.3)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           

Полученные значения вычисленных величин занести в табл. 1.1. Величины, соответствующие номинальному первичному напряжению U1ном, следует выделить, например, подчеркнув их жирной линией. По данным таблицы строят характеристики х. х. трансформатора (на общей координатной сетке): I0; Ро; cosφ0 = f(U1 ). На характеристи­ках отмечают точки I0.ном; Ро.ном и cosφ0 0.ном, соответствующие но­минальному напряжению U1ном (рис. 1.2, а).

Опыт короткого замыкания. При опыте к. з. Трансформатора (рис. 26, б) напряжение обычно подводят к обмотке ВН, номинальное значение тока в которой меньше, чем в обмотке НН. В некоторых случаях это позволяет включать ваттметр в пер­ечную цепь без трансформатора тока.

Вторичную обмотку трансформатора замыкают накоротко медный проводом достаточного поперечного сечения, чтобы не создавать во вторичной цепи трансформатора значительного электрического сопротивления.

Опыт к. з. проводят в такой последовательности: устанавливают рукоятку РНО на нулевую отметку, а затем, включив рубильник, медленно повышают напряжение посредством РНО, изменяя величину тока к. з. от нулядозначения1,2I1ном.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          Показания измерительных приборов, снятые через приблизительно одинаковые интервалы тока к. з., а также результаты вычислений занося в табл. 1.2. Значение величин, соответствующих значению тока к.з I = I1ном, подчеркивают жирной линией.

 

Номер измерения и вычисления

Измерения

Вычисления

Uк I Рк,Вт ик,% cosφк
           

 

Таблица 1.2

 

 

Рис. 27. Характеристики х. х. (о) и к. з. (б) трансформатора

 

Затем выполняют расчеты: напряжение к. з. в процентах от номинального первичного напряжения

                                        ик=(Uк/ U1нолм)100                                (1.4)

 

коэффициент мощности при опыте к. з.

 

                                      cosφ0к/(Uк Iк)                                     (1.5)

 

По данным таблицы строят характеристики к. з. (на общей координатной сетке): Iк; Рк; cosφк = f(UK). На характеристиках отмечаю точки Uк.ном. Рк.ном, соответствующие току к. з. I= I1ном (рис  27, б).

Полученные из опыта к. з. значения Рк.Ном и ик.ном следует привести к рабочей температуре ө2 = 75°С.

Приведенное значение мощности к. з. (Вт)

 

                             Рк.ном = Рк.ном (1+ά(ө21))                                    (1.6)

 

где ά = 0,004 — температурный коэффициент для меди и алюминия

 ө1= температура обмоток трансформатора при проведении опыта, 0С

 В связи с тем что температура обмоток трансформатора влияет лишь на активную составляющую напряжения к. з.

 

                                  ик.а. = ик.ном cosφк                                                   (1.7)

 

то и приводить к рабочей температуре следует лишь активную составляющую напряжения к. з.

 

                                  ик.а. = ик.а. (1+ ά(ө21))                                         (1.8)

 

Приведенное к рабочей температуре напряжение к. з.

где

 

ик.ном =                                                (1.9)

 

ик.ном                                                                           (1.10)

 

-реактивная составляющая к. з.

Внешние характеристики. С увеличением нагрузки трансформатора напряжение на клеммах его вторичной обмотки из­меняется. Зависимость этого

напряжения от нагрузки выражается графически внеш­ними характеристиками трансформатора U2 = f(I2).                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          

Вид внешней характеристики зависит от характера нагруз­ки и от величины коэффици­ента мощности cosφ2 при активной и активно-индук­тивной нагрузках внешние характеристики имеют падаю­щий вид, причем чем меньше коэффициент мощности cosφ2 , тем больше наклон характеристики к оси абсцисс; при активно-емкостной нагрузке внешняя характеристика имеет восходящий вид (рис. 28, а).

 

 

 

Рис 28. Внешнее характеристики (а) и графики зависимости КПД трансформатора от нагрузки (б)

 

 

При любой нагрузке напряжение на клеммах вторичной обмотки трансформатора

 

                 U2 = U20(1-0,01ΔU)                                    (1.11)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    где U20 — напряжение на вторичной обмотке в режиме х. х., прини­маемое за номинальное напряжение на выходе трансформатора, В; ΔU изменение вторичного напряжения, вызванное нагрузкой трансформатора.

Для построения внешней характеристики необходимо рассчитать не менее пяти значений напряжения U2 при разных значениях коэффициента нагрузки β= I2/ I2ном- например при β = 0,25; 0,50; 0,75; 1,0 и 1,2.

Расчет ΔU ведут по формуле (%):

 

ΔU = βик((cos φк cos φ2 + sin φк sin φ2).

 

Расчеты ΔU выполняют три раза: при cos φ2 = 1, cos φ2 = 0,8 (нагрузка активно-индуктивная) и cosφ2 = 0,8 (нагрузка активно-емкостная). В последнем случае получают отрицательные значения ΔU. Результаты вычислений заносят в табл. 1.3 и строят на общей координатной сетке три внешние характеристики. Проведя ординату при β = 1,0 (номинальная нагрузка), отмечают на характеристиках напряжения, соответствующие номинальной нагрузке трансформатора (рис 28 а)

Таблица 1.3

β

cos φ2=1

cos φ2= 0,8 (инд)

cos φ2= 0,8 (емк)

ΔU,% U2 ΔU,% U2 ΔU,% U2
             

 

Зависимость    КПД трансформатора от нагрузки. Для построения графика η= f(β) при cos φ2 = 1 cos φ2= 0,8 определяют КПД трансформатора для ряда значений коэффициента нагрузки β = 0,25; 0,50; 0,75; 1,0 и 1,2, воспользовавшись для этого выражением

 

             Η=1 -                              (1.13)

 

где SH0M — номинальная мощность трансформатора, В • А.

Результаты вычислений заносят в таблицу:

β

0,25 0,50 0,75 1,0 1,2

η

при cos φ2 = 1          
при cos φ2 = 0,8          

 

По этим данным строят графики η = f(β) при cos φ2 = 1 и cos φ2= 0,8 (рис. 28, б).

Максимальное значение КПД трансформатора соответствует такой нагрузке, при которой электрические потери трансформатора paвны магнитным потерям. Коэффициент нагрузки  соответствующий максимальному значению КПД,

 

                                    Β =                                                (1.14)

На оси абсцисс отмечают значение β', и проведя в этой точке ординату, определяют максимальные значения КПД. Максимальное значение КПД можно получить по (1.13), если подставить в это выражение β':

 

                              Ηмакс = 1-                             (1.15)

 

Трехфазный трансформатор. Опыт холостого хода. В схеме опыта х. х. (рис. 29, а) для плавного регулирования напряжения применен трехфазный регулятор напряжения РНТ. Подводимое к первичной обмотке напряжение (сторона HН) следует изменять от 0,5 U1ном до 1,2 U1ном и приблизительно через одинаковые интервалы тока х. х. снять показания измерительных приборов и занести их в табл. 1.4. При этом измеряют фазные значения напряжений, прикладывая концы соединительных проводов вольт­метра к началу и концу каждой фазной обмотки трансформатора рели ток х. х. превышает 5 А, то последовательную катушку ваттмет­ра необходимо включить через трансформатор тока (рис. 30).

Таблица 1.4

Номер измерения и вычисления

Измерения

Вычисления

Uа Ub Uс UА0 UВ0 UС0 I, А I00b А I, А Р0, Вт U1, В U20, В I0, А i0,% cos φ0 k
                                 

 

Коэффициент трансформации трехфазного трансформатора опре­деляют как отношение числа витков обмотки ВН к числу витков об­мотки НН, равное отношению напряжений (1.3): k = U20/U1ном.

 Если величины коэффициентов трансформации при разных напряже­ниях U1 неодинаковы, то за коэффициент трансформации следует принять среднее значение:

                  k= (k1 + k2 + …) / п                                           (1.21)

где п — число измерений при опыте х. х.

При расчете коэффици­ента трансформации ли­нейных напряжений kл необходимо учесть схему со­единения обмоток трансформатора. Например, для схемы YΔ (рис. 29, а):

kл=  =

 

 

 

Рис. 29.Схемы включения трехфазного трансформатора при опытах х.х. (а) и к.з. (б)

 

Результаты вычислений заносят в табл. 1.4 и строят характеристики холостого хода трансформатора (на общей координатной  сетке): i0; Ро; cos φ0 =  f (U1).

 

                                                                                                                               

 На этих характеристиках отмечают точки i0ном, Роном и cos φ0noMj соответствующие номинальному напряжению U1ном.

Опыт короткого замыкания. При опыте к. з. (рис. 29, б) в качестве первичной используют обмотку ВН, а обмотку НН замыкаю медными проводами небольшой длины достаточного поперечного сечения, чтобы не создавать во вторичной цепи трансформатора заметного сопротивления.

Перед включением рубильника не обходимо поставить регулятор РНТ на нулевое напряжение. Затем, включить рубильник, медленно повышать напряжение на выходе РНТ и довести ток к. з. I до значения I = 1,2 I1ном Показания измерительных приборов снятые приблизительно через одинаковые интервалы тока к. з., а также результаты вычислений заносят в табл. 1.5 где выделяют значения величин, соответствующих току к. з  I = Iном. Если ток к. з. превышает 5А, т последовательную катушку ваттметра следует включить через транс форматор тока (рис. 30).

Таблица 1.5

Номер измерения и вычисления

измерения

Вычисления

UАк, В UВк, В UСк, В IАк, А IВк, А IСк, А Рк Вт Uк В I, А ик,% cos φк  
                       

 

 

 

 

Рис. 1.5. Включение двухэле­ментного ваттметра через трансформаторы тока

Теперь выполняют расчеты:

              Uк =(UАк +UВк + UСк)/3                                 (1.22)

             I = (IАк + IВк +IСк) /3                                   (1.23.)

                cos φкк/(3Iк Uк)                                     (1.25)

 

По данным таблицы строят характеристики к. з. трансформатора (на общей координатной сетке): ик; Рк; cos φк = f(I). На этих характеристиках отмечают точки ик,ном и Рк.Ном, соответствующие току к. з. I = I1ном .

Значение Рк.ном и ик.ном необходимо привести к рабочей температуре ө2 = 75°С 1см. (1.6)—(1.10)].

Затем строят внешние характеристики и графики зависимости КПД от нагрузки.

Анализ результатов  практической работы. 1. При анализе характеристик х. х. трансформатора следует обратить внимание на их криволинейность, обусловленную магнитным насыщением магнитопровода, наступающим при некотором значении первичного напряжения U1. Ток х. х. и мощность х. х. Роном полученные опытным путем, сравнивают с их значениями по каталогу на исследуемый трансфор­матор. Значительное превышение опытных значений iоном и Роном над католожными указывает на наличие дефектов в трансформаторе: к. з. между частью пластин в магнитопроводе или межвитковое к. з. в небольшой части витков какой-либо из обмоток.

Если исследованию подвергался трехфазный силовой трансфор­матор, то необходимо объяснить причину неравенства токов х. х. в его фазных обмотках.

2. При анализе характеристик к. з. следует обратить внимание на прямолинейность графика тока к. з., обусловленную ненасыщен­ным состоянием магнитопровода при опыте к. з. из-за малой величины основного магнитного потока, величина которого пропорциональна величине подведенного к обмотке напряжения к. з. (в трансформато­рах средней и большой мощности ик < 10%).

3. При анализе внешних характеристик трансформатора необ­ходимо сделать вывод о влиянии характера нагрузки на величину изменения вторичного напряжения трансформатора.

4. При анализе зависимости КПД трансформатора от нагрузки следует объяснить форму этих графиков. Опытное значение КПД сравнивают с его значением по каталогу. Необходимо объяснить причину уменьшения КПД трансформатора при уменьшении коэффи­циента мощности нагрузки.

Контрольные вопросы.

1. Объясните устройство и принцип дей­ствия трансформатора.

2. Что такое коэффициент трансформации и как его определить опытным путем?

3. Почему токи х. х. в обмотках трехфазного трансформатора не одинаковы?

4. Почему с увеличением первичного напряжения при опыте х. х. уменьшается коэффициент мощности трансформатора?

5.   Почему мощность х. х. принимают за магнитные потери, а мощ­ность к. з. — за электрические потери?

6. Почему при опыте к. з. ток в первичной обмотке достигает но­минального значения при напряжении в несколько раз меньшем но­минального?

7- Определите, на сколько процентов возрастают магнитные по­тери в исследованном вами трансформаторе при увеличении первичною напряжения на 10% сверх номинального.

8. Почему с ростом напряжения Uк график I = f(UK) прямолинеен, а график Рк = f(UK) — криволинеен?

9. Почему при нагрузке β>β КПД трансформатора уменьшается?

 

 

Технологическая карта№15.



Последнее изменение этой страницы: 2021-04-05; 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 - 3.95.131.146 (0.019 с.)