План выполнения работы

1.Изучите конструкцию АТ на примера ЛАТРа, составьте и начертите схему. Выпишите паспортные данные.

2.Подключите АТ к сети переменного тока 220 В и измерить максимальное и минимальное напряжение. Uмин= В. Uмакс= В.

3.Исследуйте зависимости токов I₁, I₂, I₃ при различном значении U₂. Результаты занесите в таблицу 5.1.Постройте полученные зависимости.

Определите мощности, передаваемые электрическим и электромагнитным путем, при различных напряжениях U₂.

Р ис. 5.3. Схема АТ лабораторной установки.

Таблица 5.1. Токи и напряжения в АТ в режимах повышения и понижения напряжений.

U₁, В

U₂, В

I₁, А

I₂, А

I₃, А

4. Исследуйте внешнюю характеристику АТ. Результаты занести в таблицу 5.2.

Таблица 5.2. Внешняя характеристика АТ.

U₂, В

I₂, А

Выводы.

Контрольные вопросы

1. Как конструктивно выполнен однофазный АТ?

2. Что означает "проходная мощность" в АТ?

3. Что означает "расчетная мощность" в АТ?

5. Почему АТ обладает более высоким кпд по сравнению с трансформатором?

6. Начертите схему повышающего и понижающего АТ и объясните принцип

его работы.

7. Почему понижающий АТ опасен даже при низком вторичном напряже-

нии?

8. Начертите схему трехфазного АТ на основе однофазных АТ.

9. Как переключить обмотки в трансформаторе, чтобы получть АТ?

10. Что такое "коэффициент выгодности"?

11. Задача.

Лабораторная работа № 6 изучение переходных процессов в трансформаторе

Цель работы: изучение процесса установления тока при включении трансформатора в электрическую сеть и коротком замыкании.

Краткие теоретические сведения.

Переходные процессы возникают в трансформаторе при включении в электрическую сеть и выключении, любом изменении нагрузки. Переходные процесс с многократным увеличением тока опасны, сопровождаются большими электродинамическими усилиями и могут разрушить трансформатор.

Переходные процессы, возникающие при атмосферных перенапряжениях опасны с точки зрения возможности пробоя изоляции.

R₁ j X₁ j X₂^/ R₂^/

. .

I₁ I₂^/

Rо

. . . .

U₁ Е₁ Е₂^/ U₂^/ Zн ^/

. j X₀

I₀

Рис.1.1. Эквивалентная схема трансформатора.

Zк=R₁+j X₁+j X₂^/+R₂^/ - линейное сопротивление короткого замыкания.

R₁+R₂^/ -суммарное сопротивление первичной обмотки и приведенного сопротивления вторичной обмотки соответственно. В двухобмоточном трансформаторе часто R₁=R₂^/ .

j X₁+j X₂^/ суммарное сопротивление индуктивностей рассеяния первичной обмотки и приведенного сопротивления индуктивности рассеяния вторичной обмотки.

Zо= Rо + j Xо- нелинейное сопротивление цепи намагничивания.

X₂^/ , R₂^/ , Е₂^/ , U₂^/ , I₂^/, Zн ^/ -приведенные (пересчитанные) к первичной обмотке параметры трансформатора Zн ^/ = Zн К². Rн ^/ =Zн ^/ cos ; Хн ^/ =Zн ^/ sin , Е₂^/ =К Е₂ , U₂^/=К U₂ . I₂^/= I₂/К.

Переходные процессы при включении трансформатора в электрическую сеть на холостом ходу. ( I2=0).

При включении трансформатора на холостом ходу изменение тока I0 в первичной обмотке и ветви намагничивания Zо= R₁+ R₀ + j X₀ + jX₁ определяется дифференциальным уравнением:

Um Sin( t + )= R i +L di/dt 6.1.

i(t)-мгновенное значение тока намагничивания;

R-суммарное активное сопротивление контура;

L- нелинейная индуктивность первичной обмотки трансформатора.

Um-амплитуда напряжения;

-круговая частота, рад/с.

t-текущее время.

-начальная фаза напряжения.

Ток переходного процесса, возникающий в контуре намагничивания трансформатора, описывается суммой вынужденного и свободных токов, являющихся решением дифференциального уравнения 6.1.

i(t) = I _m Sin( t + - _о) + I _m Sin( - _о) exp[-t/( L/R)]; 6.2.

Вынужденная составляющая тока Свободная составляющая тока

_о = arctg( L/R), примерно равен /2;

Рассмотрим два крайних случая:

1. При включении трансформатора в момент нулевого напряжения в сети через время, соответствующее половине периода, и при отсутствии насыщения магнитопровода происходит кратковременное удвоение тока намагничивания и удвоение магнитного потока Ф.

1.1. В случае насыщения магнитопровода удвоение потока Ф сопровождается многократным ( в десятки раз) кратковременным увеличением тока намагничивания.

2. При включении трансформатора в момент амплитудного значения напряжения ( = _о) при ненасыщенном магнитопроводе сразу устанавливается нормальное значение тока намагничивания (вынужденная составляющая), поскольку свободная составляющая равна нулю.

2.1. В случае насыщения магнитопровода также сразу устанавливается нормальное значение тока намагничивания (вынужденная составляющая), поскольку свободная составляющая равна нулю.

Остальные варианты включения по времени являются промежуточными.

Переходные процессы при коротком замыкании в трансформаторе

При внезапном коротком замыкании насыщение магнитопровода трансформатора не возникает . Ток переходного процесса возникает в цепи линейного сопротивления Zк и определяется величиной и характером сопротивления Zк, сопротивлением нагрузки Zн, током I_нгm Sin( - _нг) - (мгновенное значение тока нагрузки в момент, предшествующий замыканию).

При внезапном коротком замыкании в нагрузке трансформатора изменение тока Iк в ветви Zк=R₁+j X₁+j X₂^/+R₂^/ = R_к + j Х_кi определяется дифференциальным уравнением Um Sin( t+ )=R_кi_к+L_кdi_к/dt 6.3.

i_к(t)-мгновенное значе2ние тока короткого замыкания;

R_к-суммарное активное сопротивление короткого замыкания;

L_к-индуктивность рассеяния обмотки трансформатора.

Um-амплитуда напряжения;

-круговая частота, рад.с.

t-текущее время.

-начальная фаза напряжения.

Решение уравнения имеет вид:

i_к=I_кmSin( t+ - _к)+[I_кmSin( - _к)-I_нгmSin( - _нг)]exp[-t/(L_r/R_r)] 6.4.

Вынужденная составляющая тока Свободная составляющая тока

I_нгm Sin( - _нг)-мгновенное значение тока нагрузки в момент короткого замыкания;

I_кm- амплитуда тока установившегося значения тока короткого замыкания.

Если замыкание произошло на холостом ходу, то I_{нг m}=0, а ток КЗ достигает максимального (ударного) значения

i_к.уд=I_кm[1+exp(- R_r /Х_r)] 6.5.

[1+exp(- R_r /Х_r)] = К уд- ударный коэффициент, К уд=1.4…1.8.