150254 (566363), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Коефіцієнт корисної дії трансформатора , як і будь-якої машини, є відношення потужності , яку віддає трансформатор, до потужності , яку він споживає , тобто

. /13.8/

При роботі трансформатора під навантаженням мають місце втрати потужності в сталі на гістерезис і вихрові струми та втрати в обмотках на нагрівання /втрати в міді/ . З врахуванням цих втрат формулу /13.8/ можна представити у вигляді

. /13.9/

Визначити втрати і аналітичним шляхом неможливо із-за складності електромагнітних процесів , які мають місце в трансформаторі . Тому їх визначають на підставі дослідів холостого ходу і короткого замикання .

Дослід холостого ходу проводить при розімкненій вторинній обмотці і при номінальній напрузі на первинній . За цих умов в первинній обмотці протікає струм холостого ходу , який в сучасних трансформаторах не перевищує 2 10% номінального струму . При такому струмі втратою потужності в міді первинної обмотки можна знехтувати , так як вона не перевищує 2% від втрат холостого ходу . Тому вважають, що втрати холостого ходу приблизно дорівнюють втратам в сталі . При холостому ході струм малий і падіння напруги в первинній обмотці не перевищує 0,5% від прикладеної напруги . Тому при холостому ході приймають, що , і коефіцієнт трансформації

. /13.10/

Отже, з досліду холостого ходу експериментальним шляхом визначають струм холостого ходу І0, втрати в сталі р0 і напругу . На підставі цих даних обчислюють коефіцієнт трансформації /формула 13.10/ і кут магнітного запізнення /формула 13.7/, який необхідний для побудови векторної діаграми трансформатора .

При досліді короткого замикання вторинну обмотку замикають накоротко, а на первинну подають таку напругу , при якій струми в первинній і вторинній обмотках будуть дорівнювати номінальним. За цих умов е.р.с. первинної обмотки мала і струм намагнічування не перевищує . Тому втратами в сталі можна знехтувати і вважати, що підведена потужність витрачається на нагрівання обмоток і приблизно дорівнює втратам в міді:

. /13.11/

Визначивши експериментально напругу , струм і потужність короткого замикання , вираховують параметри короткого замикання

; /13.12/

; /13.13/

. /13.14/

При навантаженні трансформатора, яке відрізняється від номінального, потужність , де коефіцієнт навантаження трансформатора, і формулу /13.9/ можна представити у загальному вигляді:

. /13.15/

Так як при заданому значенні єдиною змінною в формулі /13.15/ є коефіцієнт навантаження , то можна визначити, при якому значенні досягає максимального значення .Для цього необхідно знайти похідну і прирівняти її до нуля . Виконавши цю операцію, одержимо

. /13.16/

Вираз /13.16/ означає, що к.к.д. досягає максимального значення при такому навантаженні, коли втрати в сталі дорівнюють втратам в міді обмоток.

Коефіцієнт оптимального навантаження

. /13.17/

Рис.13.5.

На рис.13.5 наведені залежності к.к.д. трансформатора , втрати в міді обмоток і величина втрат в магнітопроводі , із яких видно, що максимальний к.к.д. лежить на перетині кривої і прямої .

Втрати потужності в сучасних трансформаторах незначні. Зокрема, втрати в сталі складають 0,3…1,5%, а в міді – 0,5…3% номінальної потужності. При цьому менші втрати відносяться до трансформаторів великої потужності. Отже, найбільш економічна робота трансформаторів буде при коефіцієнті завантаження kн. опт.=0,77…0,71.

Для надійного і безперебійного забезпечення споживачів електроенергією, особливо в години “пік”, і створення резерву на підстанціях встановлюють декілька трансформаторів, які вмикають на паралельну роботу.

При паралельній роботі трансформаторів розподіл навантаження між ними залежить від падіння напруг на їх вторинних обмотках. Тому необхідно вміти будувати зовнішню характеристику трансформатора при і . Її знімають експериментально або розраховують на підставі параметрів короткого замикання за формулою

. /13.18/

Рис.13.6.

На рис. 13.6 наведені у відносних одиницях зовнішні характеристики трансформатора для ємнісного ( ) і індуктивного ( ) характеру навантаження. Там же наведена зовнішня характеристика трансформатора (крива 2) з більшим значенням напруги короткого замикання. При паралельній роботі таких трансформаторів завантаження їх буде різним, бо напруга на загальних шинах одинакова. Як видно з рис. 13.6 трансформатор з більш жорсткою зовнішньою характеристикою буде завантажений більше, що треба враховувати при підборі трансформаторів для паралельної роботи.

13.3 Програма роботи

1. Ознайомитись з будовою однофазного трансформатора і лабораторними стендом.

2. Провести дослід холостого ходу, визначити коефіцієнт трансформації та кут магнітного запізнення.

3. Провести дослід короткого замикання, вичислити параметри короткого замикання і оптимальне значення коефіцієнта навантаження.

4. Дослідити роботу трансформатора під навантаженням. Побудувати залежності , і .

5. На підставі експериментальних і розрахункових даних побудувати векторну діаграму для заданого .

6. Зробити висновок про вплив на напруги і струми в первинній і вторинній обмотках трансформатора.

13.4 Опис лабораторної установки

Дослідження проводяться на спеціалізованому лабораторному стенді, на якому розташовані:

- мережевий вимикач SB;

- джерело змінної напруги - лабораторний автотрансформатор;

- однофазний трансформатор ТV з виводами кінців первинної (А,Х) і вторинної (а,х) обмоток на набірне поле стенда;

- прилади для вимірювання напруг PV1 і PV2, струмів РА1 і РА2 та потужності PW;

- блок резисторів Rн з перемикачем SA.

Схема електричного кола для дослідження трансформатора наведена на рис.13.7.

Для складання електричної схеми використовують набір перемичок і проводів.

13.5 Порядок виконання роботи

1. Знайомлячись з будовою силового трансформатора, необхідно звернути увагу на конструкцію магнітопровода та на розташування обмоток. Після цього, використовуючи провідники і перемички, складають електричну схему, зображену на рис.13.7.

Рис. 13.7.

Ручку автотрансформатора треба перевести в крайнє ліве положення, а перемикач SA - в крайнє праве. Паспортні дані трансформатора занести до звіту. Після перевірки електричної схеми викладачем можна приступати до проведення досліджень.

2. Для проведення досліду холостого ходу необхідно зняти перемички П1 і П2. Включити вимикач SB. Поворотом ручки автотрансформатора встановити номінальну напругу на первинній обмотці трансформатора. Покази вольтметрів PV1, PV2, амперметра РА1 і ватметра PW занести в табл.1.

За даними вимірювань вирахувати коефіцієнт трансформації (формула 13.9) і коефіцієнт магнітного запізнення (формула 13.7), а також струм і потужність холостого ходу в долях від номінальних значень.

Таблиця 1

3. Дослід короткого замикання провести у такій послідовності:

- ручку автотрансформатора перевести у нульове положення;

- поставити перемичку П1;

- плавно підвищувати напругу на первинній обмотці трансформатора доти, доки струм у вторинній обмотці не досягне номінального значення;

- покази всіх приладів занести в табл.2.

За формулами /13.11/, /13.12/, /13.13/ і /13.15/ обчислити параметри короткого замикання і оптимальний коефіцієнт навантаження.

Таблиця 2

4. Для дослідження роботи трансформатора під навантаженням необхідно зняти перемичку П1 і поставити перемичку П2. Встановити режим холостого ходу. Покази приладів занести в табл.3. Після, змінюючи за допомогою перемикача SA опір навантаження, виміряти напруги, струм і потужність для умов, вказаних в табл.3. При проведенні дослідів необхідно підтримувати напругу на первинній обмотці рівною номінальній, змінюючи коефіцієнт трансформації автотрансформатора.

Таблиця 3

За даними вимірювань визначити коефіцієнти навантаження kн, потужності вторинної обмотки Р2, к.к.д. і . За даними вимірювань і обчислень побудувати на одному графіку залежності , і .

Для визначених значень хк і rк за формулою /13.17/ підрахувати , побудувати залежність , порівняти її з експериментальною і оцінити похибку розрахунків.

5. Побудову векторної діаграми проводять для заданого викладачем значення опору навантаження Zн = rн + хн і за викладеною вище методикою, знаючи, що струм , де і r2 і - активний і реактивний опори вторинної обмотки, значення яких наведені на лабораторному стенді. Там же вказані і опори первинної обмотки r1 і х1. Слід знати, що кут зсуву фаз між векторами і .

6. Щоби зробити висновок про вплив на напруги і струми трансформатора, потрібно на підставі побудованої векторної діаграми провести аналіз зміни модулів векторів напруг і струмів при зміні величини кута .

13.6 Контрольні запитання

1. Яке призначення силових трансформаторів?

2. Що може бути механічним аналогом трансформатора?

3. Яку потужність трансформатора приймають за номінальну?

4. Яку напругу вторинної обмотки приймають за номінальну?

5. На підставі якого досліду визначають коефіцієнт трансформації трансформатора?

6. Для чого будують векторну діаграму трансформатора?

7. Чи залежить амплітуда основного магнітного потоку від навантаження трансформатора?

8. Як визначають напругу короткого замикання трансформатора?

9. Які втрати потужності мають місце в тансформаторі?

10. Від чого залежить коефіцієнт оптимального навантаження?

Характеристики

Список файлов лабораторной работы