Лекции.Орг


Поиск:




Исследование трехфазной цепи




Содержание отчета

Наименование и цель работы; схема исследования; таблицы результатов измерений и расчётов; расчёт потерь напряжения Δ u % и мощности Δ p % по приближенным формулам; расчёт значения компенсирующей ёмкости; графики зависимости тока I и потери напряжения Δ u % от ёмкости С; векторные диаграммы; заключение.

 

Контрольные вопросы

1 По каким условиям выбирают сечение проводов питающей линии?

2 Как определяются параметры потребителя?

3 Как строится векторная диаграмма токов и напряжений в линии?

4 Как находят приближённые значения потерь напряжения в линии?

5 Схема замещения линии электропередачи.

6 Как находят ёмкость, требуемую для компенсации индуктивности потребителя?

7 В каких пределахрегламентируютсядопустимые колебания напряжения на зажимах потребителя?

8 Устройство и принцип действия приборов электродинамической и ферродинамической систем.

9 Охарактеризуйте построенные графики.

 

Лабораторная работа № 2

 

Исследование однофазного трансформатора

 

Цель работы: изучение устройства и принципа действия однофазного трансформатора; определение параметров схем замещения трансформатора;Изучение влияния характера нагрузки на выходное напряжение трансформатора.

 

Краткие сведения из теории

 

Возможность трансформации – одна из главных причин повсеместного распространения переменного тока в современной технике. Термин «трансформатор» дословно переводится как «преобразователь». Преобразование происходит за счёт разного числа витков первичной w 1 и вторичной w 2 обмоток, коэффициент трансформации

 

 

Через повышающие трансформаторы электрическая энергия от генераторов подается в высоковольтную линию электропередачи. У повышающего трансформатора во вторичной обмотке витков больше, чем в первичной, k < 1. На месте потребления устанавливаются понижающие трансформаторы, обеспечивающие безопасное и удобное использование электроэнергии. У понижающего трансформатора во вторичной обмотке витков меньше, чем в первичной, k > 1.

Электрическая энергия передаётся через трансформатор посредством пульсаций магнитного поля, изменяющегося по синусоидальному закону. Применение ферромагнитного сердечника позволяет усилить индукцию поля в сотни и тысячи раз. Пластины сердечников штампуют из листов низкоуглеродистых сталей с добавками до 5 % Si, получивших название кремнистых электротехнических сталей. Кремний увеличивает удельное сопротивление, что снижает вихревые токи, однако делает сталь хрупкой.

Свойства электротехнической стали значительно улучшаются при текстурировании – холодной прокатке и последующем отжиге. Для эффективного использования текстурованных сталей применяют ленточные конструкции сердечников (рисунок 1), когда магнитный поток целиком проходит вдоль направления легкого намагничивания, что позволяет уменьшить массу и габариты силовых трансформаторов на 25 %, а радиотрансформаторов – на 40 %.

 

Рисунок 1 – Типы ленточных сердечников трансформаторов:

а – стержневой; б – броневой; в – тороидальный

 

Рассмотрим электромагнитные процессы преобразования и передачи энергии в двухобмоточном понижающем трансформаторе (рисунок 2). При подключении первичной обмотки w 1 сопротивлением r 1 к питающей сети переменного тока промышленной частоты напряжением u 1 по ней протекает ток холостого хода i 0. Магнитодвижущая сила w 1 i 0, положительное направление которой на рисунке 2, по правилу буравчика, вверх, создаёт переменное магнитное поле.

 

 

Рисунок 2 – Электромагнитные процессы преобразования

и передачи энергии в трансформаторе

 

Основная часть силовых линий магнитного поля проходит по магнитопроводу, охватывая витки как первичной, так и вторичной обмоток, и образуя магнитный поток связи Ф. Небольшая часть силовых линий магнитного поля, частично или полностью, проходит по воздуху и немагнитным материалам проводов, образуя магнитный поток рассеяния Ф S, который в сотни раз меньше потока связи (его силовые линии показаны пунктиром).

На рисунке 3 представлены схемы замещения первичной и вторичной обмоток трансформатора.

 

Рисунок 3 – Схемы замещения обмоток трансформатора

 

Для учёта магнитного потока рассеяния первичной обмоткив схеме замещения предусматривают индуктивность рассеяния LS 1.

Пульсации магнитного потока связи Ф индуцируют в витках первичной обмотки электродвижущую силу самоиндукции e 1 = – w 1 d Ф / dt. Знак «–» показывает, что, когда магнитный поток нарастает (d Ф / dt > 0), ЭДС самоиндукции направлена навстречу создающему его току и препятствует этому нарастанию, запасая энергию в магнитном поле сердечника. Это учтено в направлении стрелки на схеме замещения. Во вторичной обмотке индуцируется ЭДС e 2 = – w 2 d Ф / dt такого же направления, как и в первичной, знак «–» показывает, что в рассматриваемый момент она направлена от конца обмотки к началу. У вторичной обмотки также есть индуктивность рассеяния LS 2 и активное сопротивление r 2. В материале сердечника также индуцируются электродвижущие силы, под действием которых протекают вихревые токи, нагревающие сердечник. Потери энергии от вихревых токов вместе с потерями из-за гистерезиса учтены на схеме замещения в виде эквивалентного сопротивления R. Таким образом, ток холостого хода i 0 может быть представлен как сумма тока перемагничивания сердечника i м (индуктивного) и тока потерь i а (активного). Ток перемагничивания существенно несинусоидален, однако при упрощённом расчёте его заменяют эквивалентной синусоидой.

При подключении потребителя Z к вторичной обмотке w 2 по ней протекает ток i 2, создающий магнитодвижущую силу w 2 i 2 (положительное направление на рисунке 2, по правилу буравчика, вниз), которая стремится ослабить магнитный поток связи Ф. Однако снижение Ф приводит к уменьшению ЭДС e 1 = – w 1 d Ф / dt, препятствующей току первичной обмотки. Увеличение первичного тока i 1 вызывает подмагничивание сердечника и, в результате, магнитный поток Ф уменьшается незначительно (при упрощённых расчётах магнитный поток связи Ф и потери в магнитопроводе считают независящими от нагрузки). Отбор энергии от трансформатора по вторичной обмотке автоматически увеличивает её поступление из сети по первичной, а пульсирующий магнитный поток Ф обеспечивает передачу этой энергии с мощностью S = U 1 I 1 U 2 I 2 и преобразование с коэффициентом трансформации k = w 1 / w 2 (уменьшение напряжения с одновременным увеличением тока).

При протекании тока во вторичной цепи часть магнитного потока также рассеивается, что на схеме замещения учитывается в виде индуктивности рассеяния вторичной обмотки LS 2.

Потери в проводах, которыми выполнены обмотки, учтены на схеме замещения в виде активных сопротивлений (r 1 – первичной; r 2 – вторичной).

Для левой и правой частей схемы замещения можно записать два уравнения, связанных между собой через магнитный поток связи Ф:

 

u 1r 1 i 1LS 1 di 1 / dt = w 1 d Ф / dt и w 2 d Ф / dtLS 2 di 2 / dtr 2 i 2 = u 2.

 

Левое уравнение показывает, как изменяется напряжение при продвижении энергии от сети до магнитопровода, правое – от магнитопровода к потребителю; они связаны между собой через скорость изменения магнитного потока связи d Ф / dt. Умножим второе уравнение на коэффициент трансформации k = w 1 / w 2, причём напряжение умножим на k, индуктивность и сопротивление умножим на k 2, а ток разделим на k. Такая операция представляет собой приведение параметров вторичной цепи к напряжению первичной, приведенные параметры обозначаются со штрихом «/ »:

 

u 2 / = k u 2; L / S 2 = k 2 LS 2; r 2 / = k 2 r 2; i 2 / = i 2 / k.

 

После приведения второе уравнение приобретает вид

 

w 1 d Ф / dtL / S 2 di 2 / / dtr 2 / i 2 / = u 2 /.

Подставим левую часть первого уравнения в приведенное второе

 

u 1r 1 i 1LS 1 di 1 / dtL / S 2 di 2 / / dtr 2 / i 2 / = u 2 /.

Уравнение получилось чисто электрическим. Приведение параметров вторичной обмотки к напряжению первичной позволяет условно заменить магнитную связь между обмотками на электрическую, а на схеме замещения электрически соединить эти обмотки в форме буквы Т (рисунок 4, а).

 

 

Рисунок 4 – Т-образная (а) и Г-образная схемы(б)

замещения трансформатора

 

Т-образная схема замещения приведенного трансформатора содержит:

– сопротивления проводов обмоток, первичной r 1 и вторичной r 2 / = k 2 r 2;

– индуктивные сопротивления первичной x 1 = ω LS 1 и вторичной обмоток x 2 / = k 2 x 2 = k 2ω LS 2, учитывающие магнитные потоки рассеяния;

– ветвь перемагничивания сердечника, состоящую из индуктивногосопротивления x 0, учитывающего магнитный поток связи, и активного сопротивления r 0, учитывающего потери от гистерезиса и вихревых токов.

На Г-образной схеме замещения (рисунок 4, б) ветвь перемагничивания вынесена к источнику первичного напряжения в виде полного сопротивления холостого хода z 0, нагрев обмоток учтён в виде активного сопротивления r к= r 1+ r 2 /, а рассеяние магнитного потока – в виде индуктивного x к = x 1+ x 2 /.

Параметры схемы замещения определяют по паспортным данным трансформатора, где приведены: номинальная мощность; напряжения обмоток; ток i 0% и мощность потерь Р 0 холостого хода; напряжение u К% и мощность потерь Р к короткого замыкания. Их также можно определить экспериментально с помощью опытов холостого хода и короткого замыкания.

 

Схемы электрических цепей

 

Опыт холостого хода проводится при номинальном напряжении на первичной обмотке и разомкнутой вторичной обмотке трансформатора (рисунок 5).

По показаниям ваттметра Р 0, амперметра I 0 и вольтметров U и U 20 определяются параметры намагничивающей ветви схемы замещения и коэффициент трансформации

; ; ; .

 

 

Рисунок 5 – Схема опыта холостого хода трансформатора

Опыт короткого замыкания проводится при пониженном напряжении первичной обмотки U , замкнутой накоротко вторичной обмотке и номинальном значении силы тока I (рисунок 6). Напряжение плавно увеличивается от нуля до значения, при котором устанавливается номинальная сила тока первичной обмотки.

 

Рисунок 6 – Схема опыта короткого замыкания трансформатора

 

По показаниям ваттметра Р к, амперметра I и вольтметра U определяются параметры остальных элементов схем замещения

 

; ; ;

;;;.

Коэффициент полезного действия трансформатора

 

где β – коэффициент загрузки трансформатора, ;

S н – номинальная мощность трансформатора;

сosφ2 – коэффициент мощности нагрузки;

P 0, P к – мощности потерь холостого хода и короткого замыкания, Вт.

Потеря напряжения в трансформаторе под нагрузкой

 

.

 

Порядок выполнения работы

 

1 Собрать схему для проведения опыта холостого хода трансформатора по рисунку 7, используя перемычки для коммутации (места установки перемычек выделены на схеме).

 

 

Рисунок 7 – Схема проведения опыта холостого хода трансформатора

 

2 Тумблером SA 3 подключить функциональный блок для проведения опыта холостого хода. (Примечание – Тумблер SA 4 должен находиться в выключенном положении). С помощью автотрансформатора TV 2 (ЛАТР) установить напряжение U = 220В (по показанию вольтметра PV 3) и измерить силу тока в первичной обмотке I 0, мощность холостого хода P 0 и напряжение холостого хода вторичной обмотки U 20. Результаты измерений внести в таблицу 1.

 

Таблица 1Опыт холостого хода

 

И з м е р е н о Р а с с ч и т а н о
U 1H, B I 0, A P 0, Вт U 20, B r 0, Ом z 0, Ом x 0, Ом k
               

 

3 Рассчитать параметры намагничивающей ветви схемы замещения r 0, z 0, x 0 и коэффициент трансформации k.

4 С помощью автотрансформатора TV 2 (ЛАТР) уменьшить напряжение U = 0В и включить тумблер SA 4. Постепенно увеличивая напряжение автотрансформатора, добиться, чтобы по первичной обмотке протекал номинальный ток I

,

где S н =100 ВА.

5 Измерить напряжение короткого замыкания U и мощность короткого замыкания P к. Результаты измерений внести в таблицу 2.

 

Таблица 2 – Опыт короткого замыкания

 

И з м е р е н о Р а с с ч и т а н о
I 0, A U 1к, B P к, Вт R к Z к X к r 1 r 2 x 1 x 2
Ом
                   

 

6 Определить коэффициент полезного действия трансформатора при номинальной загрузке (β = 1) при коэффициенте мощности cosφ = 1.

7 Пользуясь параметрами нагрузки, определёнными в лабораторной работе № 3, рассчитать Δ u %.

8Выключить тумблеры SA 4, SA 3 и собрать схему исследования трансформатора под нагрузкой по рисунку 8.

9Тумблером SA 3 подключить функциональный блок для исследования трансформатора под нагрузкой. (Примечание – Тумблер SA 4 должен находиться в выключенном положении). С помощью автотрансформатора TV 2 (ЛАТР) установить напряжение U = 220В (по показанию вольтметра PV 3) и, изменяя ёмкость конденсатора от нуля до максимальной, измерить силу тока в первичной обмотке I 1 и мощность P, а также напряжение U 2 и силу тока во вторичной обмотке I 2. Результаты измерений внести в таблицу 3.

10 Построить графики зависимости I 2 и Δ u % от ёмкости конденсатора.

 

Рисунок 8 – Схема исследования трансформатора под нагрузкой

 

Таблица 3Исследование трансформатора под нагрузкой

С, мкФ U 1н, B И з м е р е н о Р а с с ч и т а н о
I 1, A P 1, Вт U 2, B I 2, A Δ U, B Δ u %
                 
             
             
             
             

 

11Рассчитать абсолютную Δ U и относительную Δ u % потерю напряжения по формуле

;.

Содержание отчета

Наименование и цель работы; схемы исследования; таблицы результатов измерений и расчётов; расчёты КПД η и потери напряжения Δ u % (по приближённой формуле); графики зависимости I 2 и Δ u % от ёмкости конденсатора; заключение.

Контрольные вопросы

1 Каким образом происходит преобразование энергии в трансформаторе?

2 С какой целью выполняют приведение параметров вторичной обмотки к первичному напряжению? По каким формулам это делают?

3 Опишите Т-образную схему замещения.

4 Опишите Г-образную схему замещения.

5 Опишите опыт холостого хода. Как определяются параметры намагничивающей ветви схем замещения?

6 Опишите опыт короткого замыкания. Как определяются остальные параметры схем замещения?

7 Как определяется коэффициент полезного действия трансформатора?

8 Как определяется потеря напряжения при загрузке трансформатора?

9 Опишите графики зависимости I 2 и Δ u % от ёмкости конденсатора.

 

Лабораторная работа № 3

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2016-09-03; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 443 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Велико ли, мало ли дело, его надо делать. © Неизвестно
==> читать все изречения...

998 - | 761 -


© 2015-2024 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.009 с.