Дослідження однофазного трансформатора
Проведення випробувань трансформаторів середньої та великої потужності під навантаженням практично неможливо. Тому для них розроблені методи побічних випробувань, до яких належать досліди холостого ходу та короткого замикання. Потім на їх основі проводяться розрахунки характеристик трансформатора в режимі навантаження.
Дослід холостого ходу. Випробування трансформатора в режимі холостого ходу проводиться для визначення коефіцієнта трансформації к, номінального струму холостого ходу і0н, номінальних втрат холостого ходу Р0н.
Як відомо, к = UВН / UНН = wВН / wНН . Якщо трансформатор знижуючий, первинна обмотка – це обмотка ВН, вторинна – НН. Тобто, UВН = U1 , UНН = U2.
Розрахунок к, як відношення напруг первинної та вторинної обмоток, можливий лише при холостому ході, так як в цьому режимі U20 = Е2,
а U10 = -Е1 + (R1 + jX1 )I10 .
Падінням напруги в первинній обмотці (R1 + jX1 )I10 можна знехтувати, оскільки I10 складає 2 – 8 % від номінального струму первинної обмотки. Тому, U10 ≈ -Е1, а к = U10 / U20.
Потужність , яка споживається трансформатором із мережі в режимі холостого ходу Р0, іде на компенсацію втрат в магнітопроводі (втрати від вихрових струмів та втрати на гістерезис) – це втрати в сталі, або магнітні втрати. Електричними втратами в первинній обмотці можна знехтувати, знову ж таки, внаслідок малого значення струму I10.
Дослід короткого замикання. Під коротким замиканням розуміють такий режим роботи трансформатора, коли одна з його обмоток підключена до джерела змінної напруги, а друга – закорочена. Режим короткого замикання при експлуатації трансформатора є аварійним, оскільки при номінальній напрузі первинної обмотки струм вторинної обмотки перевищує номінальний в 20-40 разів. Тому при проведенні досліду короткого замикання на первинну обмотку подають знижену напругу.
Випробування трансформатора в режимі короткого замикання проводиться для визначення номінальної напруги короткого замикання - uкн і номінальних втрат короткого замикання Ркн.
Номінальною напругою короткого замикання називається така, яку треба підвести до первинної обмотки трансформатора, щоб у первинній і вторинній обмотках встановилися струми, рівні номінальним. Для силових трансформаторів uкн складає 5-15% від номінальної напруги U1н. При такій малій напрузі малий і магнітний потік у магнітопроводі, що дає змогу знехтувати магнітними втратами і активну потужність, яку черпає трансформатор із мережі Ркн, віднести до втрат в обмотках.
Результатом виконання цієї роботи є складання повного паспорту трансформатора.
В паспорті трансформатора вказуються:
а) номінальна повна потужність - Sн (кВА);
б) номінальні напруги обмоток ВН і НН - UВН і UНН, (кВ);
в) номінальні струми обмоток - ІВН і ІНН, (А);
г) частота струму f, (Гц);
д) номінальна напруга короткого замикання - uкн, (%);
е) номінальний струм холостого ходу і0н, (%);
ж) номінальні втрати холостого ходу Р0н та короткого замикання Ркн, (Вт).
Порядок виконання роботи
6.1. Визначення коефіцієнта трансформації
В якості однофазного трансформатора будемо використовувати середню фазу трифазного трансформатора (В-У – первинна обмотка, в-у – вторинна обмотка).
Підключить В-У до ЛАТРа. Виводи в-у та виводи додаткової обмотки з’єднайте, відповідно, з вольтметрами 150 та 50 В.
За допомогою ЛАТРа встановіть максимальну напругу. Показання запишіть у табл. 6.1.
Таблиця 6.1.
Визначення коефіцієнта трансформації
| Виміряно | Розраховано | ||||
| U1 | U2 | Uд | w1 | w2 | к |
Кількість витків додаткової обмотки wд = 30. Користуючись пропорціями U1/Uд = w1/wд та U2/Uд = w2/wд, визначте кількість витків і коефіцієнт трансформації.
6.2. Визначення номінальних напруг і струмів трансформатора. Розрахуйте
6.2.1. Розрахуйте значення ЕРС, яка індуктується в одному витку:
Евит = 4,44· f· Вм ·Sст,
Тут Вм - амплітуда магнітної індукції в сталі – 1,4 – 1,6 Тл; Sст - площа перерізу стержня магнітопроводу , м2, f - частота змінного струму 50 Гц.
6.2.2. Розрахуйте номінальні напруги обмоток трансформатора:
U1 = Евит · w1; U2 = Евит · w2.
Отримані дані округліть до ближчих стандартних напруг: 36, 127, 220, 380, 660 В та запишіть їх в табл. 6.6.
6.2.3. Розрахуйте номінальні струми обмоток трансформатора:
І1н = Jдоп ·g1 = Jдоп · πd12/4, І2н = Jдоп ·g2 = Jдоп · πd22/4,
де Jдоп – допустима густина струму по нагріванню (для мідного проводу Jдоп = 2 А/мм2); g1, g2 -площі поперечного перерізу проводів обмоток (d1 = 1,57 мм2, d2 = 2,1 мм2 – діаметри проводів).
6.2.4. Розрахуйте повну номінальну потужність трансформатора:
S1н = U1н· І1н, S2н = U2н· І2н. Так як S1н ≈ S2н, то Sн = (S1н + S2н )/ 2.
Отримані дані запишіть в табл. 6.6.
6.3. Дослід холостого ходу.
Рис.6.1. Схема досліду трансформатора
До схеми 6.1 входить вимірювальний трансформатор струму И-54. Його коефіцієнт трансформації ктт=І1н/І2н.Значення первинного струму виставляється за допомогою штекера, який вставляється в потрібне гніздо: 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 50 А. Струм вторинної обмотки трансформатора струму – величина незмінна І2н = 5 А.Щоб отримати реальні значення струму І10, та потужності Р10 треба показання вимірювальних приборів помножити на ктт. Таким чином, І10 = І10· ктт, Р10= Р10 · ктт. Тут І10 – значення струму, яке покаже амперметр, Р10 - значення потужності, яке покаже ватметр (слід пам’ятати, що ватметр ще має власну ціну ділення С w, тому Р10 [вт] = Р10 [ діл] · С w· ктт).
6.3.1. Зберіть електричну схему, яка приведена на рис. 6.1. До вторинної обмотки підключить вольтметр 150 В. За допомогою ЛАТРа на первинній обмотці трансформатора встановлюйте напруги, значення яких наведені в табл. 6.3. Для кожної режимної точки виміряйте струм І10, потужність Р10 і напругу на вторинній обмотці U20. Дані дослідження запишіть у табл. 6.2.
Таблиця 6.2
Результати досліду холостого ходу
| U1 | U20 | ктт | І10 | І10 | Р10 | Р10 |
| В | В | - | діл. | А | діл. | Вт |
6.3.2. Користуючись отриманими даними, побудуйте характеристики холостого ходу: І10 = ƒ(U1) та Р10 = ƒ(U1). По цим характеристикам при номінальній напрузі U1н визначте значення І0н та Р0н, які запишіть в табл. 6.3.
6.3.3. Розрахуйте параметри трансформатора при холостому ході:
Відносне значення струму холостого ходу:
і0н = (І0н /І1н)·100%,
коефіцієнт потужності
сosφ0 = Р0н / U1н· І10,
параметри ділянки намагнічування:
Z0 = U1н/ І0н,
R0 = Р0н / І0н2;
Отримані значення запишіть до табл. 6.3.
Таблиця 6.3
Основні параметри трансформатора в режимі холостого ходу
| Виміряно | Розраховано | ||||||||
| U1н, В | U20,В | Р0н, Вт | І0н, А | і0н, % | к | Z0, Ом | R0,Ом | Х0, Ом | сosφ0 |
6.4. Дослід короткого замикання
6.4.1. До вторинної обмотки трансформатора замість вольтметра підключіть амперметр10 А. На трансформаторі струму виставте ктт = 2. Рукоятку ЛАТРа встановіть в нульове положення. Повільно повертаючи ручку ЛАТРа встановлюйте у вторинній обмотці трансформатора значення струму І2, які вказані в табл. 6.4. Для кожної режимної точки виміряйте значення напруги U1к , струму І1к та потужності Рк. Дані дослідження запишіть у табл. 6.4.
Таблиця 6.4
Результати досліду короткого замикання
| І2 | U1к | ктт | І1к | І1к | Рк | Рк |
| А | В | - | діл. | А | діл. | Вт |
6.4.2.Користуючись отриманими даними, побудуйте характеристики короткого замикання U1к = ƒ(І2) та Рк = ƒ(І2). По цим характеристикам і значенню номінального струму І2н визначте Uкн і Ркн, які запишіть в табл.6.5.
6.4.3. Розрахуйте параметри трансформатора при короткому замиканні.
коефіцієнт потужності
сosφк = Ркн / Uкн· І1н,
відносне значення напруги короткого замикання
uкн = (Uкн / U1н)·100%,
активна складова напруги короткого замикання:
uка = uкн · сosφк;
реактивна складова напруги короткого замикання:
uкр = uкн · sinφк;
опори короткого замикання:
Zк = Uкн/ І1н,
Rк = Ркн / І1н2;
приведені опори вторинної обмотки до первинної:
R1 = R2´ = Rк/2;
Х1 = Х2´ = Хк/2;
Отримані значення запишіть до табл. 6.5
Таблиця 6.5
Основні параметри трансформатора в режимі короткого замикання
| Виміряно | Розраховано | ||||||||||
| Uкн | І1н | Ркн | сosφк | uкн | uка | uкр | Zк | Rк | Хк | R1 | Х1 |
| В | А | Вт | % | % | % | Ом | Ом | Ом | Ом | Ом | |
6.5. За результатами дослідів та розрахунків заповніть таблицю номінальних даних трансформатора.
Таблиця 6.6
Паспортні дані трансформатора
| Величина | UВНн | UННн | ІВНн | ІННн | Sн | І0н | і0н, | Uкн | uкн | Р0н | Ркн |
| Розмірність | В | В | А | А | ВА | А | % | В | % | Вт | Вт |
6.6. Побудуйте зовнішню характеристику трансформатора U2 = ƒ(І2).
Дані про характер навантаження візьміть з табл. 6.7 (номер варіанта задає викладач).
Таблиця 6.7
Характер навантаження для розрахунку зовнішньої характеристики
| Номер варіанта | сosφ2 | Характер навантаження | Номер варіанта | сosφ2 | Характер навантаження |
| 0,2 | R - L | 0,7 | R - L | ||
| 0,7 | R - C | 0.2 | R - C | ||
| 0,75 | R - C | 0,65 | R - L | ||
| 0,35 | R - L | 0,5 | R - C | ||
| 0,4 | R - C | 0,6 | R - L | ||
| 0.8 | R - L | 0,3 | R - L | ||
| 0,35 | R - C | 0,85 | R - C | ||
| 0,5 | R - L | 0,1 | R - L | ||
| 0,6 | R - C | 0,45 | R - C | ||
| 0,45 | R - L | 0,9 | R - L | ||
| 0,9 | R - C | 0,8 | R - C | ||
| 0,85 | R - L | 0,55 | R - L | ||
| 0,1 | R - C | 0,3 | R - C | ||
| 0,25 | R - C | 0,75 | R - L |
Зовнішня характеристика трансформатора - це залежність напруги на вторинній обмотці від струму навантаження при умові, що U1- const, f- const, сosφ2 - const.
Зовнішню характеристику будують по двох точках:
перша - І2 = 0, U20 = Е2;
друга - І2 = І2н, U2 = Е2 ± ΔU2.
Характеристику частіше будують в безрозмірних величинах: (U2/U2н)·100%, та І2 /І2н = β.
Напруга на вторинній обмотці при І2 = 0 приймається за 100%, тобто, вважається номінальною. Зміну напруги розраховують по формулі
ΔU2 = uкасosφ2 ± uкр sinφ2;
Вибір знаку « ± » залежить від характеру навантаження: для R - L знак «+», для R - C – знак «-».
6.7. Побудуйте характеристику ККД трансформатора η =ƒ(β).
Значення ККД визначте по формулі
η = (βSнсosφ2)/(βSнсosφ2 + Р0н + β2Ркн).
Для ряду значень β ( табл. 6.7) розрахвуйте η та побудуйте залежність
η =ƒ(β).
Таблиця 6.7
Розрахунок КПД
| β | 0,25 | 0,5 | 0,75 | 1,0 | |
| η |
6.8. Визначте оптимальний коефіцієнт навантаження, при якому ККД має максимальне значення:
Дата добавления: 2015-10-05; просмотров: 2363;