Міністерство освіти І науки україни icon

Міністерство освіти І науки україни




Скачати 184.89 Kb.
НазваМіністерство освіти І науки україни
Дата11.07.2012
Розмір184.89 Kb.
ТипДокументи


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ


МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до лабораторних робіт з теми

«Дослідження трансформаторів»

з дисципліни «Елементи і пристрої автоматики і систем управління»

для студентів спеціальності

6.091401 «Системи управління та автоматики»

усіх форм навчання


Суми

Вид-во СумДУ

2008


Методичні вказівки до лабораторних робіт з теми

«Дослідження трансформаторів»з дисципліни «Елементи і пристрої автоматики і систем управління» /Укладачі: С.В.Гримайло, Ю.Ф. Самедов.- Суми: Вид-во СумДУ, 2008.- 23с.


Кафедра комп’ютеризованих систем управління


ЗМІСТ

С.


ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 1 Дослідження однофазного трансформатора……………………………………………….4

1.1 Загальні положення і визначення………………………..4

1.2 Режими роботи трансформатора………………………...7 1.3 Зовнішня характеристика трансформатора.....................11

1.4 Опис лабораторної установки…………….…………..…12

1.5 Порядок виконання роботи……………………………...13

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 2 Дослідження трифазного трансформатора………………………………………………15

2.1 Загальні положення і визначення………………...……..18

2.2 Опис лабораторної установки………………………..….19

2.3 Порядок виконання роботи……………………………...20

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ…………...…..21


^ ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 1

Дослідження однофазного трансформатора

Мета роботи. Вивчення властивостей і характеристик однофазного трансформатора.


1.1 Загальні положення і визначення


Трансформатором називається електромагнітний апарат, призначений для перетворення електричної енергії змінного струму однієї напруги в електричну енергію змінного струму іншої напруги тієї самої частоти.

На рис. 1 показана принципова схема трансформатора.



Рисунок1- Принципова схема однофазного

трансформатора

На замкнутому феромагнітному сердечнику розміщені дві обмотки з числами витків w1 і w2 (початки обмоток позначені крапками). Первинна обмотка підключена до джерела живлення з синусоїдальною напругою U1, а вторинна - замкнута на навантажувальний опір ZH. Всі величини, що відносяться до цих обмоток (струми, е.р.с. і т.ін.), називаються відповідно первинними або вторинними.

Первинний струм I1 створює магнітний потік, основна частина якого (Ф1) замикається у сердечнику трансформатора і індукує в його обмотках електрорушійні сили. Інша, значно менша частина магнітного штока (ФS1 ), зчеплена тільки з первинною обмоткою і замикається переважно у повітрі. У замкнутому вторинному ланцюзі трансформатора струм I2 у вторинній обмотці створює власний магнітний потік, основна частина якого (Ф2) замикається у сердечнику, а менша частина (ФS2) - в основному у повітрі.

Результуючий магнітний потік Ф при вибраних позитивних напрямах струмів визначається векторною сумою потоків Ф1 і Ф2:



Е.р.с. у обмотках трансформаторів Е1 і Е2 визначаються результуючим магнітним потоком:



де Фm - амплітуда результуючого магнітного потоку;

f - частота напруги живлення.

Рівняння електричної рівноваги первинного і вторинного ланцюгів трансформатора мають вигляд:



де r1 і r2 - активні опори первинної і вторинної обмоток;

x1 і x2 - індуктивні опори розсіяння первинної і вторинної обмоток.

За правилом Ленца магнітний потік Ф2, створений струмом I2, направлений назустріч потоку Ф1. Проте, результуючий магнітний потік практично не залежить від величини потоку Ф2 (струму I2). Дійсно, падіння напруги у первинній обмотці () нехтовно мале у порівнянні з напругою U1 і з достатньою точністю можна вважати

U1=E1.

Ця рівність означає, що при незмінній напрузі U1 результуючий магнітний потік Ф практично не залежить від режиму роботи трансформатора (струму І2).

Розмагнічувальна дія вторинного струму (потоку Ф2) компенсується в трансформаторі відповідною зміною первинного струму I1. При збільшенні навантаження (струму I2) результуючий магнітний потік і е.р.с. E1 зменшуються, що відповідно до рівняння (1) приводить до зростання струму I1 і збільшення магнітного потоку Ф1 до такої величини, що результуючий магнітний потік Ф і е.р.с. Е1 відновлюються практично до колишнього значення.

Трансформатор характеризується номінальними даними: первинними і вторинними напругами і струмами - U, U2H, I1H, І; потужністю - SH = U1HI1H ; частотою - f; відносною напругою короткого замикання - uк%; коефіцієнтом трансформації - k; потужністю втрат на холостому ході - P0; потужністю втрат у досліді короткого замикання при номінальних струмах в обмотках - РКН .


1.2 Режими роботи трансформатора


Можливі три режими роботи трансформатора:

1) режим холостого ходу, коли ZH=?,

I2=0, U20=E2, I1=I0;

2) режим короткого замикання, коли ZH=0,

I2=I2K, U2=0, I1=I1K;

3) режим навантаження, коли 0H
Унаслідок великої індуктивності первинної обмотки струм холостого ходу I0 малий (3-10% від I1H). Тому, нехтуючи потужністю втрат в активному опорі первинної обмотки, можна вважати, що трансформатор споживає потужність, що дорівнює потужності втрат в сталі

P0=PC.

Потужність втрат у сталі визначається магнітним потоком Ф, а оскільки останній практично не залежить від навантаження (струму I2), то потужність втрат у сталі буде постійною в будь-якому режимі роботи трансформатора:

PC=P0=U1HI0cos?0,

де cos?0 - коефіцієнт потужності трансформатора при холостому ході.

З досвіду холостого ходу можна визначити коефіцієнт трансформації



Якщо до трансформатора підводити регульовану напругу U1, то можна зняти характеристику холостого ходу U1(I10). Ця характеристика (рис.2) подібна кривій намагнічення сталі.



Рисунок2- Характеристика холостого ходу


Якщо при номінальній первинній напрузі замкнути на коротко вторинний ланцюг трансформатора (ZH=0, U2=0), то виникає режим аварійного короткого замикання. Цей режим небезпечний для трансформатора, оскільки струми I1K і I2K у багато разів перевищують номінальні значення струмів I1 і I2.

При випробуванні трансформатора в режимі короткого замикання напруга джерела живлення знижується (за допомогою автотрансформатора) до величини U1K, при якій I1K=I1H. Відношення цієї напруги до номінальної первинної, виражене у відсотках, називається відносною напругою короткого замикання



Величина дозволяє розрахувати струм короткого замикання в умовах експлуатації (при U1=U1H):



Звичайно має значення від 3 до 10%. Оскільки, а струм вторинної обмотки діє розмагнічуючи, можна нехтувати потужністю втрат у сталі і вважати, що трансформатор споживає з мережі енергію, що витрачається на нагрівання обмоток (втрати у міді). Потужність цих втрат



де - коефіцієнт потужності трансформатора в досліді короткого замикання.

Якщо потужність втрат у сталі при U1=U1H=const постійна у будь-якому режимі роботи трансформатора, то потужність втрат у міді змінна. Вводячи поняття коефіцієнта завантаження



можна виразити потужність втрат у міді такою формулою:



При =0 (холостий хід) PM=0, а при =1 (номінальне навантаження або досвід короткого замикання) PM=PKH. Залежності PC() і PM() показані на рис.3.





Рисунок3- Залежності втрат від коефіцієнта

навантаження

Результати дослідів холостого ходу і короткого замикання дозволяють визначити параметри обмоток трансформатора, використовувані в практичних розрахун-ках.

При роботі трансформатора в режимі навантаження, до первинної обмотки підводиться номінальна напруга U, а вторинна обмотка замкнута на опір навантаження ZH.

Потужність споживання енергії з мережі



де - коефіцієнт потужності трансформатора.

Потужність віддачі енергій у зовнішній ланцюг (корисна потужність)



де - коефіцієнт потужності приймача енергії, підключеного до вторинної обмотки трансформатора.

Коефіцієнт корисної дії трансформатора.



Залежність () показана на рис. 3.

У серійних трансформаторах звичайно втрати в сталі в 2-4 рази менші, ніж номінальні втрати у міді, тобто P0=(0,25-0,5)РКН.

Із зростанням навантаження втрати у міді збільшується і при цьому к.к.д. має максимальне значення. При подальшому зростанні навантаження к.к.д. знижується. Номінальний к.к.д. трансформаторів має значення


1.3 Зовнішня характеристика трансформатора


Найважливішою характеристикою трансформатора є його зовнішня характеристика (риc.4), що є залежністю вторинної напруги від струму навантаження при незмінних значеннях первинної напруги (U1=U1H=const), частоти (f=const) і незмінному характері навантаження (=const).



Рисунок4-Зовнішня характеристика трансформатора


Згідно з рівнянням (2), вторинна напруга знижується із збільшенням навантаження із-за збільшення активного і індуктивного падінь напруги у вторинній обмотці трансфор-матора.

Нелінійність зовнішньої характеристики пояснюється деяким зниженням результуючого магнітного потоку із збільшенням навантаження. Криві 1 і 2 (рис.4) відповідають різним значенням коефіцієнта потужності навантаження. Якщо кривій 1 відповідає =1, то кривій 2 відповідає <1(). При ємнісному характері навантаження () напруга U2 може зростати із збільшенням навантаження (крива 3).


1.4 Опис лабораторної установки




Рисунок5- Принципова схема лабораторної установки


Електрична схема лабораторної установки показана на рис.5, де Т – триобмотковий трансформатор, додаткова обмотка якого з числом витків wдоп. використовується для визначення чисел витків ?1 і ?2 первинної і вторинної обмоток; АТ - автотрансформатор для установки необхідних значень напруги U1; RH - опір, навантаження (активне); В1, В2, В3 – вимикачі на первинному і вторинному ланцюгах трансформатора; W1 і W2 – ватметри для вимірювання первинної і вторинної потужності; А1 і А2 – амперметри для вимірювання первинного і вторинного струмів; V1 і V2- вольтметри для вимірювання первинної і вторинної напруг; V3 – вольтметр для вимірювання напруги на додатковій обмотці (U3), використовуваний також для вимірювання первинної напруги в досліді короткого замикання (U ).

За допомогою автотрансформатора можна плавно змінювати первинну напругу в межах від U1=0 до U1=(1,1-1,2)U1H . Характеристика холостого ходу трансформатора (рис.2) знімається при розімкненому вторинному ланцюзі шляхом зміни напруги U1 у зазначених межах. Окремо проводяться досвід холостого ходу при U1=U1H; у цьому самому досвіді вимірюється напруга U3, використовувана для визначення чисел витків обмоток і коефіцієнта трансформації:

.

Замикання вторинного ланцюга трансформатора проводиться вимикачем В3 при U1=0. Напругу U1 плавно підвищують до тих пір, поки струм I1 не досягне номінального значення (I1K=I1H); при цьому U1=U1K, P1=PKH. Напруга U1 у досліді короткого замикання вимірюється вольтметром V3; ланцюг додаткової обмотки розімкнений.

Зняття зовнішньої характеристики трансформатора проводяться при розімкненому ланцюзі додаткової обмотки. Для 7-8 значень опору навантаження (RH=?, RH=RH1, RH=RH2H1 і т.д.) проводяться відповідні виміри і обчислення, на підставі яких будуються зовнішня характеристикаU(I2) і робочі характеристики трансфор-матора:

U2(P2), I2(P2), I1(P2), ?(P2), cos?1(P2),

при

U1=U1H=const, cos?2=1=const.

Обчислення коефіцієнта потужності трансформатора проводиться за формулою:

.


1.5 Порядок виконання роботи


  1. Ознайомитися з устаткуванням лабораторної установ-ки та технічними даними електричних апаратів і приладів. Визначити ціни поділок приладів.

  2. Зібрати схему рис.5, перевірити правильність зібраної схеми.

  3. Побудувати характеристику холостого ходу транс-форматора, фіксуючи показання приладів у вигляді табл.1.


Таблиця 1

U1, В






















I10, A

























  1. Провести дослід холостого ходу трансформатора U1=U1H. Результати вимірювань і обчислень заносяться до табл.2.


Таблиця 2

Вимірюване

Обчислене

U1H

I0

P0

U20

U3

?1

? 2

k

I0/IH

cos?0

B

A

Вт

В

В

















































  1. Провести дослід короткого замикання трансфор-матора I1K=I1H. Підключення трансформатора до мережі проводити при U1=0. Результати вимірювань і обчислень заносяться до табл.3.

Таблиця 3

Вимірюване

Обчислене

U1H

I1K

РКН

I2K

u1%

cos?K

B

A

Вт

А




























  1. Змінюючи навантаження трансформатора при U1=U1H, побудувати зовнішню і робочі характери-стики. Результати вимірювань і обчислень заносяться до табл.4.



Таблиця4

Поряд.

номер

Вимірюване

Обчислене

U1

I1

P1

U2

I2

P2

?

?

cos?1

В

А

Вт

В

А

Вт










1




























2































  1. За даними табл.1 побудувати характеристику холостого ходу трансформатора U1(I10).

  2. За даними табл.4 побудувати зовнішню характеристику трансформатора U2(I2).

  3. За даними табл.4 побудувати на одному графіку робочі характеристики трансформатора: U2(P2), I2(P2), I1(P2), ?(P2) cos?1(P2).

  4. Зробити висновки по роботі.



^ ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 2

Дослідження трифазного трансформатора


Мета роботи. Вивчення фізичних процесів, що відбуваються в трансформаторі; оволодіння методами випробування трансформатора і обробки даних випробувань.

2.1 Загальні положення і визначення

Трансформацію енергії трифазного струму можна здійснювати трьома, однофазними трансформаторами (рис.6) або спеціальним трифазним трансформатором (рис.7).




Рисунок 6- Схема трифаз-ного трансформатора


У більшості випадків засто-совуються трифазні транс-форматори, оскільки вони дешевші і мають менші габа-рити, ніж група однофазних.

Обмотки трифазних транс-форматорів можуть з'єднува-тися зіркою або трикутником із урахуванням розмітки виведень всіх фазних обмоток первинного і вто-ринного ланцюгів.

Тільки при правильному з'єднанні первинної обмотки векторна сума магнітних потоків у стрижнях трансформатора дорівнює нулю.

На рис.8 наведені три схеми правильного з'єднання первинної обмотки трансформатора. Для кожної з цих схем існує умовне позначення: а) Y0 - зірка з виведеною нейтральною крапкою; б) Y - зірка; у) ? - трикутник.



Рисунок 8 – Схеми з’єднання первинних обмоток


Вторинна обмотка з'єднується за правилами, що забезпечують отримання симетричної системи лінійних напруг. Можливі три вищезгадані схеми з'єднання вторинної обмотки.

На рис.9 наведені прийняті по ДСТу схеми з'єднання обмоток трьохфазних двообмоткових трансформаторів.

При з'єднанні обмоток трифазного трансформатора потрібно звертати увагу на позначення початків (А, В, С, а, в, с) і кінців (X, Y, Z, x, у, z) обмоток. Залежно від схеми з'єднання вектори напруг первинного і вторинного ланцюгів трансформатора зміщені між собою на різні кути, що необхідно враховувати при включенні трансформаторів на паралельну роботу.

За кутом зміщення () між первинною і вторинною лінійними напругами трифазні трансформатори діляться на групи. Встановлені дві стандартні групи: 11 і 12 (рис.9). Номер групи визначають, порівнюючи розташування векторів первинної і вторинної лінійних напруг з положенням хвилинної і годинникової стрілок годинника (рис.10).


Схеми з'єднання обмоток

Векторні діаграми холостого ходу

Умовні позначення





Y/Y0-12





Y/?-11





Y0/?-11


Рисунок 9-Схеми з'єднання обмоток трифазних

двообмоткових трансформаторів.




група 12 група 11

Рисунок 10 – Схеми розташування векторів


Позначення обмоток трансформатора проводиться заводом-виробником відповідно до напряму намотування обмоток так, що первинні і вторинні фазні напруги (UAX і Uax, UBY і Uby, UCZ і Ucz) збігаються за фазою (рис.9).

Трифазний трансформатор характеризується коефі-цієнтом трансформації лінійних напруг, що дорівнює відношенню первинної лінійної напруги до вторинної при холостому ході:



Фізичні процеси, що відбуваються у трифазному трансформаторі, що працює у симетричному режимі, абсолютно аналогічні до таких в однофазному транс-форматорі. Тому для трифазного трансформатора справедливі теоретичні положення, викладені в описі лабораторної роботи 1; потрібно лише у всіх формулах, що відносяться до однофазного трансформатора, підставити фазні величини е.р.с., напруг і струмів.


2.2 Опис лабораторної установки




Рисунок 11-Схема лабораторної установки


Електрична схема лабораторної установки наведена на рис.11, де T - трифазний двообмотковий трансформатор; В1 і В2 - триполюсні вимикачі; Rн - опір, навантаження (активне); А1 і А2 - амперметри для вимірювання первинного і вторинного лінійних струмів; V1 і V2 - вольтметри для вимірювання первинної і вторинної лінійних напруг.

На рис.11 подана для прикладу схема з'єднання обмоток трансформатора Y0/?-11. Не становить труднощів збірка й інших схем.

Результати вимірювання напруг U і U2Л0 при роботі трансформатора на холостому ході (вторинний ланцюг трансформатора розімкнений) дозволяють обчислювати коефіцієнти трансформації лінійних і фазних напруг:



де U і U2Ф0 – фазні напруги у первинному і вторинному ланцюгах трансформатора при холостому ході, визначені величинами U і U2Л0 відповідно до схем з'єднання обмоток. Значення U1Л, U2Л0, U1Ф, U2Ф0 використовуються також для побудови векторних діаграм трансформатора при різних схемах з'єднання обмоток з урахуванням їх позначення.

Для зняття зовнішньої характеристики трансфор-матора U(I) досить зробити виміри вторинного лінійного струму I і напруги U для 6-8 значень опору, навантаження (RH=?, RH=RH1, RH=RH2H1 і т.д.).


2.3 Порядок виконання роботи


1 Ознайомитися з устаткуванням лабораторної установки і технічними даними електричних апаратів і приладів. Визначити ціни поділок приладів.

2 Зібрати схему рис.11, перевірити правильність зібраної схеми.

3 При холостому ході трансформатора провести виміри напруг U і UЛ0. Результати вимірювань і обчислень заносяться до табл.1.

4 П.2 і 3 повторити для схем з'єднання обмоток Y/Y0-12 і Y/?-11, накресливши заздалегідь електричні схеми, подібно до рис.11. Результати вимірювань і обчислень заносяться також до табл.1.

5 Для однієї з схем, поданих в табл.1 (за вказівкою викладача) побудувати зовнішню характеристику трансформатора U(I) і залежність первинного струму від вторинного I(I).

Результати вимірювань заносяться до табл.2.

Таблиця 1

Схема з’єднання обмоток

Вимірюване

Обчислене

U

U2Л0

U

U2Ф0

kФ

kЛ

В

В

В

В

Y0/?-11



















Y/?-11



















Y/Y0-12





















Таблиця 2

Схема з'єднання обмоток ____

Поряд. номер

U, В

U, В

I, А

I, А

1













2













6 На підставі табл.1 побудувати векторні діаграми для різних груп з'єднань обмоток трансформатора.

7 На підставі табл.2 побудувати залежності U(I) і I(I) на одному кресленні.

8 Зробити висновки по роботі.


СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ


1.Мілих В.І., Шавьолкін О.О. Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка: Підручник / За ред. В.І.Мілих. – К.: Каравела, 2007. – 688 с.

2.Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления. Учебное пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования. – М.: Форум;Инфра- 2002. -384 с.

3.Подлесный Н.И., Рубанов В.Г. Элементы систем автоматического управления и контроля: Учебник. – К.: Вища школа, 1991. – 461 с.


Схожі:

Міністерство освіти І науки україни iconПоложення про нагородження нагрудним знаком "А. С. Макаренко" Міністерства освіти І науки України
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки україни iconПоложення про нагородження нагрудним знаком "Василь Сухомлинський" Міністерства освіти І науки України
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки україни iconПоложення про нагородження нагрудним знаком "Софія Русова" Міністерства освіти І науки України
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки україни iconРішення про нагородження Нагрудним знаком ухвалюється Колегією Міністерства освіти І науки України, затверджується наказом Міністра І публікується в газеті "Освіта України"
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки україни iconРішення про нагородження Нагрудним знаком ухвалюється Колегією Міністерства освіти І науки України, затверджується наказом Міністра І публікується в газеті "Освіта України"
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки україни iconРішення про нагородження Нагрудним знаком ухвалюється Колегією Міністерства освіти І науки України, затверджується наказом Міністра І публікується в газеті "Освіта України"
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки україни iconМіністерство освіти І науки україни 01135, м. Київ, проспект Перемоги
Міністерства освіти і науки України від 17. 04. 2009 року №341 «Про затвердження Плану дій щодо вдосконалення викладання дисципліни...
Міністерство освіти І науки україни iconПоложення про нагородження нагрудним знаком "Петро Могила" Міністерства освіти І науки України
Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської І севастопольської міських...
Міністерство освіти І науки україни iconМіністерство освіти І науки україни пр. Перемоги
Міністерство освіти і науки Автономної Республіки Крим, управління (департаменти) освіти і науки обласних, Київської і Севастопольської...
Міністерство освіти І науки україни iconМіністерство освіти І науки україни пр. Перемоги
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту Автономної Республіки Крим, управління (департаменти) освіти і науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки україни iconМіністерство освіти І науки україни пр. Перемоги
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту Автономної Республіки Крим, управління (департаменти) освіти і науки обласних, Київської...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи