УДК 621.313. Исследование однофазного трансформатора малой мощности: Методические указания по выполнению лабораторной работы по курсу “ Электротехника” / Курск

Исследование однофазного трансформатора малой мощности: Методические указания по выполнению лабораторной работы по курсу “ Электротехника” / Курск. гос. техн. ун-т; Сост.: К.Л. Пестерев.

Курск, 2006.

Рецензент канд. техн. наук, доцент кафедры вычислительной

техники В.И. Иванов

Излагаются методические рекомендации по выполнению лабораторной работы по курсу “ Электротехника”. Проводится исследование однофазного трансформатора малой мощности в разных режимах работы.

Предназначены для студентов машиностроительного факультета специальностей 1502, 1205, 1706,1201,1213

Табл.3. Ил.1. Библиогр.: 4 назв.

Текст печатается в авторской редакции

Редактор О.А. Петрова

ЛР № 020280 от 09.12.96. ПЛД № 50-25 от 01.04.97.

Подписано в печать. Формат 60´84 1/16. Печать офсетная.

Усл.печ.л..Уч.–изд. Л..Тираж экз.

Заказ.

Курский государственный технический университет.

Издательско-полиграфический центр Курского государственного университета. 305040 Курск, 50 лет Октября, 94.

Цель работы:

Изучить устройство трансформатора (Т), получить паспортные данные Т из опытов ХХ и КЗ, снять и построить рабочие характеристики Т.

Для выбора Т надо знать его паспортные данные.

1. Тип трансформатора.

2. Номинальная полная мощность S_ном

3. Номинальное первичное напряжение U_1ном

4. Напряжение ХХ вторичной обмотки U_2x.

5. Частота тока f;

6. Схемы и группы соединения обмоток (для трехфазных Т).

Учитывая, что ,

или для трёхфазных Т - можно определить номинальные токи обмоток:

и или для трехфазных Т

и

Дополнительными техническими данными Т являются:

1.Мощность потерь в режиме XX РХ;

2.Мощность потерь в опыте КЗ РК;

3.Относительное напряжение КЗ

;

4.Относительный ток XX

5.Габариты и масса.

Основные и дополнительные технические данные даются в паспорте Т и имеются в каталогах (6,7).

Основные технические данные Т закладываются при его проек­тировании, а дополнительные - определяются при выпуске Т с заво­да из опытов XX и КЗ.

В каталогах технические данные представляются в виде таб­лиц:

Ун - обозначение схемы соединения обмоток звездой с нейтральным

проходом;

Тип ТМ-250/10 расшифровывается как: трехфазный с масляным охлаж­дением номинальной мощностью 250 кВА и высшим напряжением 10 кВ.

Если по какой-либо причине дополнительных данных Т нет, то их получают из опытов XX и КЗ.

Выполнение этих опытов и сравнение их результатов с паспорт­ными или каталожными данными испытуемого Т позволяет сделать заключение о его исправности.

Для правильного выбора и грамотной эксплуатации Т необходимо знать его внешнюю характеристику и КПД .

Их можно рассчитать по паспортным данным Т и параметрам нагрузки. Например, относительное % изменение вторичного напряжения вычисляется по формуле: , где - коэффициент нагрузки Т; - активная составляющая относительного напряжения КЗ; - реактивная составляющая; - коэффициент мощности приемника энергии;

Эти характеристики можно определить также экспериментально, выполнив испытание Т под нагрузкой.

Кроме того, на основе паспортных данных Т или опытов XX и КЗ рассчитываются параметры эквивалентной электрической схемы Т, которая используется при расчете электроэнергетических сетей с различными номинальными напряжениями на участках, разделенных Т.

4. ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ПРИБОРЫ

Работа выполняется на стенде ЛЭС-5. В качестве однофазного Т используется 1 фаза трехфазного трансформатора Т2 со следующими паспортные данным: Sном=50 ВА; ; f=50 Гц.

При этом можно использовать любую фазу, например, фазу А с обозначениями выводов первичной обмотки А и X, и вторичной – а и х. Приёмником электроэнергии является реостат R= 31 Ом с Imax= 4,5 А. Он подключается к Т через выключатель SА (В1). Ток приёмника измеряется амперметром РА2 типа Э526 с устанавли­ваемым пределом измерения Iпр= 2,5А или 5А, а напряжение - воль­тметром РV 2 типа Э532 с Uпр= 30 В.

Т включается на линейное напряжение UА = 220В трехфазной сети (клеммы А и С) через автотрансформатор Т1 типа АОСН-2-220 или РН0-250-2А, которым устанавливается точное значение а также, подаётся пониженное напряжение в опыте КЗ ().

Стенд включается трехполюсным пакетным выключателем Q.

Подводимое к Т напряжение измеряется вольтметром РV1 типа Э533 с Uпр= 75; 150; 300 В, а ток и активная мощность амперметром РА1 типа Э525 с Iпр = 0,5 А и ваттметром РW типа Д50043 с Uпр = 30; 7(5; 15С; 300 В и Iпр = I А, т.е. .

5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

5.1. Изучить устройство Т на имеющихся в лаборатории образцах. Рассмотреть устройство магнитопровода, собранного из изоли-рованных пластин электротехнической стали, расположенных на нём обмоток из медного изолированного проводя и клеммной па­нели.

5.2. Списать в отчет данные паспортной таблички Т, питаю­щего стенд.

5.3. Ознакомиться с используемыми оборудованием и измери­тельными приборами и занести их технические данные в соответст­вующую таблицу отчета.

5.4. Собрать электрическую схему (рис. 10.1), установив предварительно выключатели и регуляторы в исходное состояние

(тумблеры выключены и реостат на максимуме сопротивления – нижнее положение, автотрансформатор – против часовой стрелки до упора), и дать проверить её лаборанту.

5.5. Произвести опыт ХХ. Для этого включить стенд (трёхполюсный пакетный выключатель в положении «Вкл») и с помощью автотрансформатора подать на Т , измеряемое вольтметром PV1. Показания приборов записать в табл. 10.2

Таблица 10.2

Задано	Измерено	Вычислено
				n

5.6. Исследовать Т в рабочем режиме. Рассчитать по паспортным данным Т я результатом опыта XX номинальный ток вторичной обмотки .

Подключить нагрузку выключателем SA (BI) и о помощью реостата R изменять 12 в 4-5 приёмов до . Результа­ты измерений в каждом опыте заносим в табл. 10.3, записав 1-й строкой результаты опыта ХХ.

Таблица 10.3

Задано при	Измерено	Вычислено
№ пп	I2	I1	P1	U2	Р2	DU2	h
А	А	Вт	В	Вт	%	%	Вт	Вт

Уменьшить до 0 автотрансформатором напряжение, подаваемое на Т. Выключить стенд.

Произвести опыт КЗ. Для этого с помощью перемычки закоротить вторичную обмотку Т (клеммы а и х). Установить предел измерения вольтметра PV1 Unp = 75 В и ваттметра Uпр = 30 В,
Определить заново цены их делений.

Рассчитать по паспортным данным Т его номинальный ток и определить какому количеству делений PAI он будет соответствовать.

Включить стенд и очень плавно увеличивая напряжение автотран­сформатором установить по амперметру PAI ток короткого замыкания Записать результаты измерений в табл. №.10.4 и убрать напряжение. Выключить стенд.

Таблица 10.4

Задано	Измерено	Вычислено
,А

5.9. Дать проверить результаты измерения преподавателю.

5.10. После утверждения результатов привести выключатели и регуляторы в исходное состояние и разобрать схему.

Обработка результатов.

6.1. Расшифровать маркировку используемого оборудования и приборов.

6.2. Для опыта ХХ вычислить и занести в табл. 10.2:

коэффициент трансформации ,

ток ХХ в % к номинальному .

Мощность магнитных потерь (в магнитопроводе) .

6.3. Для каждого опыта Т под нагрузкой и ХХ вычислить и занести в табл. 10.3:

Активную мощность приёмника ,

Относительное изменение вторичного напряжения ,

К.П.Д. ,

Потери мощности в Т

Электрические потери (в обмотках) .

6.4. Для опыта КЗ вычислить и занести в табл. 10.4:

Напряжение КЗ в % к номинальному

Мощность электрических потерь (в обмотках) в номинальном режиме .

6.5. Представить в отчёте паспортные данные исследуемого Т по форме 1-ой части табл. 10.1.

6.6. Построить внешнюю характеристику Т и дать её объяснение.

6.7. В общей системе координат (в масштабе) построить характеристику К.П.Д. , прямую DP_M // оси I₂, т.к. DP_M=const при I₂=var, и кривые и . Объяснить ход характеристики .

6.8. Рассчитать для исследуемого Т по его паспортным данным, полученным в опытах ХХ и КЗ, характеристики и для 5-7 значений при активной нагрузке (Cos j₂=I). Результаты вычислений представить таблицей, а рассчитанные характеристики построить на графиках соответствующих экспериментальных зависимостей.

6.9. Дать заключение о пригодности исследуемого Т к эксплуатации по соображениям фактического значения DU₂%, если напряжение приёмника не должно отклоняться более чем на 5%.

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

7.1. Что произойдет с Т, если включить его на постоянное напряжение?

7.2. Какие функции выполняет магнитопровод в Т?

7.3. Чем вызвана необходимость примёнения магнитопровода?

7.4. Почему магнитопровод выполняют из ферромагнитного материала, а не из алюминия или пластмасс?

7.5. Почему магнитопровод выполняют из электротехнической, стали, а не из обычной конструкционной?

7.6. Может ли Т работать без магнитопровода? Если да, то какие его параметры при этом изменятся и почему?

7.7. Почему высокочастотные Т могут быть выполнены без магнитопровода?

7.8. Можно ли изготовить Т без магнитопровода с теми же основными электрическими параметрами, что и Т с магнитопроводом?

7.9. Что произойдет с включенным Т, если у него разомкнуть магнитопровод?

7.10. Для чего магнитопровод собирают из отдельных изолированных пластин электротехнической стали?

7.11. Почему обмотки выполнят из медного и алюминиевого провода?

7.12. Почему первичную и вторичную обмотки наносят одна на другую?

7.13. Чем определяется величина напряжения на выходе Т?

7.14. Что нужно изменить в Т, чтобы его выходное напря­жение уменьшилось (или увеличилось) в 2 раза?

7.15. Как изменятся напряжения, токи и мощности, если при неизменной нагрузке уменьшить число витков вторичной обмот­ки?

7.16. Как взаимосвязаны токи первичной и вторичной обмоток?

7.17. Что будет и почему, если Т подключить к напряжению в раз больше (меньше) номинального?

7.18. Что произойдет, если при подключении Т перепутать первичную и вторичную обмотки?

7.19. Что произойдет, если Т рассчитанный на частоту 50 Гц включить в сеть с частотой 60 Гц, а на частоту 400 Гц - в сеть 50 Гц?

7.20. По каким параметрам осуществляют выбор Т?

7.21. Почему отличаются напряжения на выходе Т в номиналь­ном режиме и при XX?

7.22. Почему Т проектируют так, что у него напряжение вторичной обмотки в режиме XX на 5% больше номинального напряжения его нагрузки?

7.23. Как и почему изменяется напряжение на приёмнике, подключенном к Т, при изменении его мощности (сопротивления)?

7.24. Как рассчитать величину относительного изменения вторичного напряжения Т по его паспортным данным и заданной нагрузке?

7.25. Каким образом компенсируют изменение напряжения на нагрузке Т при изменении её мощности?

7.26. Почему Т нежелательно держать включенным в сеть в режиме XX?

7.27. Какие потери мощности и где имеют место в Т и как они зависят от величины нагрузки?

7.28. Как опытным путём определить потери в Т?.

7,29. Почему пренебрегают электрическими потерями энергии (в обмотке) Т при XX и магнитными (в магнитопроводе) - в опы­те КЗ?

7.30. Почему в режиме XX магнитопровод Т нагревается, а обмотка нет?

7.31. Почему в опыте КЗ обмотка Т нагревается, а магнитопровод нет?

7.32. Чем отличается опыт КЗ от аварийного режима КЗ?

7.33. Что будет и почему, если в рабочем режиме произойдет замыкание выводов вторичной обмотки Т?

7.34. Определите по паспортным данным Т ток вторичной обмотки, при котором Т будет иметь максимальный КПД?

7.35. Почему Т обычно эксплуатируется при коэффициенте нагрузки β = 0,5 - 0,8?

7.36. Как обозначаются выводы обмоток трехфазного Т?

7.37. По какой схеме включается трехфазный Т и как при этом осуществляются соединения на клеммной панели?

7.38. По какой схеме соединены обмотки трехфазного Т. питающего лабораторный стенд и паспортные данные которого были записаны в отчёт, если напряжение сети 380В, а напряжение стен­да 220В?

7.39. К цеху подводится трехфазная сеть напряжением 10 кВ. В цехе установлены 3 группы трехфазных потребителей электроэнергии с напряжениями 660В, 380В и 220В. Имеются 3 одинаковых трехфазных Т с U_{В, ном} = 10 кВ при схеме соединения обмотки ВН ∆ и коэффициента трансформации n = 25.

По каким схемам необходимо соединить обмотки Т для питания, указанных групп потребителей?

7.40. Что произойдет, если при работе трехфазного Т с номинальной нагрузкой оборвётся линейный провод сети или перегорит предохранитель одной из фаз?

7.41. Для чего Т включаются параллельно?

7.42. Почему на трансформаторных подстанциях (HI) устанавливают по 2 параллельно работающих Т одинаковой мощности вместо одного, более мощного?

7.43. При каком условии 2 трехфазных Т можно включать параллельно?

7.44. В чем преимущества и недостатки автотрансформаторов в сравнений с Т?

7.45. Для чего применяются и в чём отличие измерительных Т от обычных Т?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Электротехника / под ред. В.Г.Герасимова. – М.: Высш.шк., 1985.

2. Общая электротехника / под ред. Блажкина А.Т. Л.: Энергия, 1986

3. Борисов Ю.М., Липатов Д.Н. Электротехника М.: Энергоатом издат, 1985

4. Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника. – М.: Высш. школа, 1984