ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Лабораторный практикум

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

опыт по методике, описанной в пункте 7.2.

Если необходимо снять характеристики холостого хода I10 =

f(U1), Р10 = f(U1), вид которых показан на рис. 7.3, то опыт проводят следующим образом. С помощью источника питания 60 - 105

изменяют подводимое к первичной обмотке напряжение U1 от возможного минимума до U1 = (1,0…1,1)U1ном так, чтобы получить 6 … 8 измерений. Обычно задают значения первичного напряжения

U1 = (50, 150, 180, 200, 210, 220, 230) В. Измеряют первичное U1 и

вторичное U2 напряжения, ток I0 и мощность P0. Одно из измерений выполняют при номинальном напряжении U1ном трансформатора. Результаты измерений заносят в табл.7.2.

Коэффициент мощностиcosϕ0 вычисляют по формуле:

cos ϕ 0 =	P0	.
	U1I0

Коэффициент трансформации n трансформатора определяют при номинальном первичном напряженииU1ном по формуле

n = E1 ≈U1ном ,

E2 U20

так как при холостом ходе в силу малости токаI0 падением напряжения в первичной обмотке трансформатора можно пренебречь и считать, что

Е1 ≈ U1.

					Т а б л и ц а 7.2
		Опыт холостого хода трансформатора
Опытные данные				Результаты вычислений
						Примечания
U1, В	U2, В	I0, А	P0, Вт	cosϕ0
						сv = … В/дел;
						сA = … A/дел;
						сw = … Вт/дел.

121

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Кроме того, при номинальном напряжении U1ном определяют ток холостого хода в процентах от номинального

I0,% =	I0	100 % ,
	I
	1ном

а также мощность потерь холостого хода в процентах от полной мощности трансформатора

P0,% = SP0 100 % .

ном

Мощность P0, измеряемая в опыте холостого хода, представляет собой мощность потерь Pпм энергии в магнитопроводе и мощность Pпэл электрическихпотерьв первичной обмоткетрансформатора, т.е.

P10 =Pпм +Pпэл ,

где Pпэл = I02 R1 .

Ввиду малости тока I0 при номинальном напряжении U1ном мощность электрических потерь PПЭЛ не превышают 1...2 % от P0 даже в трансформаторах малой мощности, поэтому ими можно пренебречь и считать, что P0 ≈ Pпм. Численное значение мощностиP0 в мощных трансформаторах 30…100 кВ А составляет 0,1...0,2 % от Sном.

По данным опыта строят характеристики холостого хода, как показано на рис. 7.3.

cosφ0 P0 I0

P0

P0ном

I0

cosφ0

I0ном

U1ном

0 0 0

U1, B

Рис. 7.3. Характеристики холостого хода

122

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Опытиспытательного короткого замыкания

В этом опыте определяют напряжение Uк и мощность Pк короткого замыкания трансформатора, а также параметры схемы замещения. При этом под напряжением короткого замыкания Uк понимают такое напряжение, подведенное к первичной обмотке трансформатора, при котором ток в первичной обмотке равен номинальному значениюI1ном, а вторичная обмотка замкнутанакоротко.

Электрическая схема для проведения исследования трансформатора при коротком замыкании приведена на рис. 7.4. Вторичную обмотку трансформатора замыкают накоротко перемычкой, имеющей минимальное сопротивление. Номинальный первичный ток I1ном трансформатора Т вычисляют так же, как указано в п. 7.1. Поскольку напряжение Uк короткого замыкания трансформаторов составляет 5...10 % от U1ном, предел измерения вольтметра V1 и напряжение на переключателе пределов измерения ваттметра W устанавливают на минимальные значения (50 В и 25 В, соответственно).

Рис. 7.4. Электрическая схема для проведения опыта испытательного короткого замыкания

123

uкa%

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Опыт проводят следующим образом. С помощью источника питания (блок 60 - 105) изменяют первичное напряжение U1 от нуля до U1 = Uк, при котором ток в первичной обмотке трансформатора достигает номинального значения I1ном. При этом измеряют ток Iк ≈I1ном в первичной обмотке, напряжение Uк и мощность Pк.

Желательно для контроля выполнить не менее двух измерений при различных токах в первичной обмотке, близких к номинальному значению, но не превышающих 1,2I1ном. Электрическая энергия потребляется только трансформатором, а ваттметр W измеряет мощность короткого замыкания.

Результаты измерений заносят в табл. 7.3.

Т а б л и ц а 7.3

Опыт короткого замыкания трансформатора

Опытные данные Результаты вычислений

	Uк, В	Iк, А	Pк, Вт	Zк,	Rк,	Xк,	Примечания
				Ом	Ом	Ом
							сv =…В/дел;
							cA =...А/дел;
	Средние значения
							cW=…Вт/дел.
	сопротивлений →

Полное сопротивление короткого замыкания Zк трансформатора, его активную Rк и реактивную Хк составляющие определяют по формулам

Zк =Uк / Iк ; Rк = Pк / Iк2 ; Xк = Zк2 - Rк2 .

По результатам вычислений находят средние значения Zкcp, RKср и Xкcp и по ним при номинальном токе I1ном трансформатора определяют напряжение короткого замыкания uк% и его активную

124

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

и реактивную uкр% составляющие в процентах от U1ном и мощность Pк:

uк% =	I1номZк ср	100 %;	uкa% =	I1номRк cp	100 %;	uкр% =	I1номXк cp	100 %;
	U1ном			U1ном			U1ном

Pк = I12номRк ср.

Мощность Pк складывается из мощности электрических потерь энергии в обмотках трансформатора и мощности потерь энергии на

нагрев	сердечника магнитопровода.	Поскольку	при напряжении
U1 = Uк	= (0,05...0,1)U1ном магнитный	поток и,	следовательно,

магнитная индукция в сердечнике магнитопровода трансформатора

составляют (5...10) % от своего значения при U1ном, то мощность потерь электрической энергии в нем, пропорциональная квадрату

магнитной индукции, составляет (0,25...1) % от мощности потерь в номинальном режиме. Поэтому можно считать, что мощность Рк равна мощности электрических потерь в обмотках трансформатора, т.е. Pк ≈ I12 R1 + I22 R2 , где R1 и R2 − активные сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора.

Мощность короткого замыкания Pк при I1ном так же, как и мощность холостого хода P0 при U1ном, имеет важное

эксплуатационное значение. Мощность Pк для трансформаторов небольшой мощности составляет 2...3 % от мощности Sном.

Соотношение мощностей P0 и Pк в силовых трансформаторах обычно равно 0,2...0,4, т.е. P0 / Pк = 0,2...0,4.

Определение характеристик трансформаторакосвенным методом

При заданных значениях cosϕ2 внешнюю характеристику трансформатора U2 = f(β) и изменение напряжения ∆U в зависимости от коэффициента нагрузкиβ рассчитывают поформулам:

			∆U					β
	U2	=U20 1−			=U20 1	−			(Uкаcos φ2	+Uкрsin φ2 )	,
			100				100

∆U β(Uкаcosφ2 +Uкрsinφ2 ),

125

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

где Uка и Uк р − берут из опыта короткого замыкания, а напряжение U20 − из опыта холостого хода приU1 = U1ном.

Т а б л и ц а 7.4

Расчет характеристик трансформатора по данным опытов холостого хода и короткого замыкания при U1 = U1ном = 220 В и

cos ϕ2 = …

β	∆U	U2	βSномcos ϕ2	P0	β2Pк	P0 + β2Pк	η
–	%	В	Вт	Вт	Вт	Вт	–

Для определения КПД трансформатора необходимо знать суммарную мощность потерь Pп в нем. Из опыта холостого хода известно, что мощность потерь в стали магнитопровода Pпм ≈ P0. При напряжении U1 = U1ном = const потери в сталиPпм ≈ P0 = const для любых режимов работы трансформатора. Мощность потерь в обмотках трансформатора, т.е. мощность электрических потерьPпэ, определяют в опыте короткого замыкания. При токе I1 = I1ном мощность этих потерь равна Pпэ ≈ Pк. Поскольку электрические потери пропорциональны квадрату тока, то при любой нагрузке трансформатора их определяют какPпэ ≈ β2Pк.

Мощность Pп потерь в трансформаторе при U1ном:

Pп = Pпм + Pпэ = P0 +β2Pк .

Мощность P2 электроприемника:

P2 =U2I2cosϕ2 ≈ βU2номI2номcosϕ2 = βSномcosϕ2 .

КПД трансформатора определяют по формуле

η =		P2	=			βSном cos ϕ2				.
	P	+ P		βS
					ном	cos ϕ	2	+ P +β2 P
	2	п						0	к

Изменение напряжения∆U2, внешнюю характеристикуU2 = f(β) и КПД трансформатора рассчитывают при тех же значениях

126

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

коэффициента нагрузки β, которые были получены в опыте непосредственной нагрузки (см. табл. 7.1). Результаты расчета заносят в табл. 7.4.

По данным таблицы 7.4 строят зависимости U2 = f(β) и η = f(β) (см. рис. 7.2) с целью сравнения методов испытания трансформатора.

7.4.Программа работы

1.Ознакомьтесь с паспортными данными трансформатора и запишите их.

2.Соберите электрическую цепь согласно схеме, представленной на рис. 7.1, для проведения опыта непосредственной нагрузки.

3.Проведите испытание трансформатора методом непосредственной нагрузки.

Результаты измерений запишите в табл. 7.1. Вычислите все

величины, указанные в табл. 7.1, и п остройте внешнюю характеристику трансформатора U2 = f(β) и зависимость η = f(β), как показано на рис.7.2.

4. Проведите испытание трансформатора косвенным методом по п. 4.1 ÷ 4.4:

4.1. Проведите опыт холостого хода.

Результаты измерений запишите в табл. 7.2. Вычислите все величины, указанные в табл.7.2, а такжекоэффициент трансформации n трансформатора. Определите токI0 и мощность потерьP0 холостого хода при U1ном. Постройте характеристики холостого хода трансформатора, как показано на рис. 7.3, если они снимались.

4.2.Соберите электрическую цепь согласно схеме рис.7.4 для проведения опыта испытательного короткого замыкания.

4.3.Проведите опыт испытательного короткого замыкания. Внимание! Перед включением выключателя S1 убедитесь в том,

что движок источника питания (блок 60105) установлен в

127

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

положение, при котором U1 = 0.

Данные измерений запишите в табл. 7.3. Вычислите параметры трансформатора Zк, Rк, Хк для всех значений тока Iк и их средние значения. Определите при I1 = I1ном напряжение короткого замыкания uк% , его активную uка% и реактивную uкp% составляющие в процентах от

U1ном, а также мощность короткого замыканияPк.

4.4. Рассчитайте косвенным методом внешнюю характеристику U2 = f(β)трансформатора, изменение напряжения ∆U и зависимость η = f(β) при коэффициентах нагрузки β, которые имели место при испытании трансформатора методом непосредственной нагрузки. Результаты расчета запишите в табл. 7.4. Постройте характеристики

U2 = f(β) и η = f(β) (см. рис. 7.2).

5.Запишите технические данные измерительных приборов измерительных блоков 68 - 117, 68 - 200.

6.Выполните анализ полученных результатов.

Оцените значения тока I0 и мощности Р0 холостого хода в процентах от I1ном и Sном соответственно; оцените значения напряжения uк% и мощности Рк короткого замыкания в процентах от U1ном и Sном; найдите соотношение Р0/Рк мощностей электрической энергии, потребляемой в режимах холостого хода и испытательного короткого замыкания; сравните значения номинального изменения напряжения ∆U2 (при β = 1), определенные косвенным методом и методом непосредственной нагрузки. Сравните значения КПД ηном трансформатора при номинальной нагрузке (β = 1) и максимальные значения КПД ηmax, определенные обоими методами.

7.5.Контрольные вопросы

1.Как определить номинальные токи первичной и вторичной обмоток трансформатора по известным Sном, U1ном, U2ном?

2.Как определить цену деления приборов блоков 68 - 117, 68 -

200?

128

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

3.С какой целью и как проводят опыты непосредственной нагрузки, холостого хода и испытательного короткого замыкания?

4.Как правильно выбрать пределы измерений по току и напряжению приборов блоков 68 - 117 и 68 - 200 при проведении испытаний трансформатора методом непосредственной нагрузки и косвенным методом?

5.Каковы примерные соотношения между значениями I0 и I1ном,

Uк и U1ном, Р0 и Sном, Pк и Sном?

6. Как опытным путем определить мощность потерь в стали магнитопровода и в обмотках трансформатора?

129

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Р а б о т а 8

ИСПЫТАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

8.1. Общие указания

Цель работы ‒ приобретение навыков пуска и освоение методики опытного определения основных эксплуатационных характеристик трехфазных асинхронных двигателей (АД).

Основными уравнениями, характеризующими работу АД в установившемся режиме, являются уравнения для тока в обмотке ротора

I2

=

E2s

=

sE2

(8.1)

R2

+

X 2

R2

+ (sX

2

)2

2

2s

2

и для вращающего момента

M =cмΦm I2cosψ2 ,

(8.2)

где I2 ‒ ток в обмотке ротора; E2s , E2 ‒ ЭДС в обмотке вращающегося и неподвижного ротора, соответственно; R2 ‒ активное сопротивление обмотки ротора; X2s, X2 ‒ индуктивные сопротивления обмотки вращающегося и неподвижного ротора, соответственно; s ‒ скольжение; см ‒ постоянная, определяемая параметрами АД; Фm ‒ максимальное значение результирующего магнитного потока; I2cosψ2 ‒ активная составляющая тока в обмотке ротора.

Скольжение s ‒ величина, равная относительной разности частот

вращения магнитного поля и ротора:
s = (n1 – n2 ) / n1 ,	(8. 3)

где n1 ‒ частота вращения магнитного поля; n2 ‒ частота вращения ротора.

Частота вращения n1 магнитного потока зависит от частоты f1 напряжения сети и числа пар полюсовр двигателя:

130