Рис.4035. Включение R, L, С на постоянное напряжение

 

1. Собрать схему по рис. 3864.

 

 

1. Подключить генератор напряжения специальной формы, установив переключатель «форма» в крайнее правое положение, а частоту установить 0,24 кГц. Наблюдать кривые тока и напряжения на индуктивности по экрану осциллографа,фа при параметрах, R=1кОм и L=100 мГн . Заменить сопротивление на 680 Ом и повторить наблюдение . Заменить индуктивность на L=40 мГн и меняя сопротивления повторить наблюдения.

2. заданнных в  табл.1453.

Записать показанияПо графику определить время переходного процесса для каждого случая. времени переходного процесса и пПоказания приборов занести в табл. 1453.

1. Произвести вВычислениять  для цепочки R, L  и

1.                  для цепочки R, C и записать в табл. 145.

Полученные графики перенести в отчет.

 

Таблица 1453

L, мГн	100 мГн		40 мГн		С, мкФ	0,22 мкФ		0,47 мкФ
R, кОм	1	0,68	1	0,68	R, кОм	1	0,68	1	0,68
f, кГц					f Гц
Хк,Ом					Хс
R,кОм					R
U, B					U B
I, мA					I мA
Uk, B					Uс B
t, T мкс					t мкс
t, мкс					t мс

 

3. Заменить в5.

3. Собрать схемуе по рис.3497 индуктивность на конденсатор и повторить измерения по п.2.

 

 

4. Вычислить  для цепочки R, L и  для цепочки R, C и записать в табл. 13.

 

 

1. При указанных в табл.15 параметрах сопротивлениях и С= 0,22 мкФ и С=0,47 мкФ наблюдать кривые изменения тока и напряжения на Семкости.

1. Повторить п.п. 3, 4, 5.

5. Собрать схему по рис.40385 с L=100 мГн и С=0,47 мкФ , R=1кОм.

 

 

Рис.4035. Включение R, L, С на постоянное напряжение

 

6. Наблюдать на экране осциллографа кривые тока и напряжения на индуктивности и ёмкости. Объяснить изменение формы кривых.

 

 

Контрольные вопросы

1. За сколько постоянных времени примерно заканчивается переходный процесс?

2. Из какого условия определяется постоянная интегрирования?

3. Из какого условия получены законы коммутации?

 

4. Чему равна постоянная времени цепи R, L, и цепи R, С при включении на постоянное напряжение?

 

         

 

 

 

Работа № 8. Однофазный трансформатор Исследование схем выпрямления

Цель работы – исследование параметров выпрямительных устройстводнофазного трансформатора в режимах холостого хода, опытного короткого замыкания и при работе на нагрузку.

Программа работы

1. Режим холостого хода. Определение параметров и характеристик режима холостого хода. Определение коэффициента трансформации

1. Нагрузочный режим. Снятие характеристик трансформатора при работе на активную нагрузку. 

1. Опытное короткое замыкание. Определение параметров режима короткого замыкания

1. Расчет по опытным данным схемы замещения трансформатора.

Общие положенияМетодические указания.

Трансформатором называется электротехническое устройство, служащее для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток дру­гого напряжения той же частоты.

       Трансформаторы делятся по назначению на силовые, специальные, из­мерительные и радиотехнические. К силовым относятся трансформаторы, пе­редающие потребителю электрическую энергию, к специальным – сварочные и выпрямительные, к измерительным – трансформаторы тока и напряжения, слу­жащие для подключения электроизмерительных приборов, к радиотехническим - маломощные трансформаторы и трансформаторы, работающие на повышенной частоте. Кроме этого, они делятся по роду тока на однофазные и трехфазные и по способу охлаждения – на масляные, сухие и с твердым наполнителем.

       Конструкция трансформатора состоит из двух основных частей - магни­топровода и обмоток. Магнитопровод набирается из тонких листов электротех­нической стали, изолированных друг от друга. Часть магнитопровода, на кото­ром располагается обмотка, называется стержнем, а часть, замыкающая стержни – ярмом. По своему устройству магнитопроводы подразделяются на П-образные и Ш-образные.

       Обмотка трансформатора наматывается медным изолированным прово­дом с дополнительной изоляцией между слоями. Обмотка трансформатора с большим числом витков называется обмоткой высшего напряжения (ВН), а с меньшим - низшего (НН).

На рис.39 приведена электрическая схема однофазного трансформатора.  Таким образом, у повышающего трансформатора об­моткой низкого напряжения будет первичная, а высокого - вторичная и, наоборот, у понижающего.

       Рассмотрим принцип работы трансформатора на примере однофазного трансформатора схематически представляющего собой магнитопровод с двумя обмотками W1 и W2.

 

Рис. 41. Однофазный трансформатор

При подключении первичной обмотки к источнику синусоидального напряже­ния  пов обмотке течетпоявится ток i ₁ = I_maxsin ( w t + y _u ) , создающий намагничивающую силу i ₁ w ₁ , под действием которой возникает магнитный поток

Ф = Ф _m sin ( w t + y _ф ). По закону электромагнитной индукции во

вторичной цепи ин­дуцируется электродвижущаяся сила (ЭДС)

 

Подставимв  в выражение для ЭДС потока Ф(t) взяв  и возьмем производную получим 

Из формулы видно, что ЭДС отстает от магнитного потока на угол 90^о, а. Е_{2 m} = W ₂ *Ф _m * w .

Е_{2 m} = W ₂ *Ф _m * w .  Действующее значение ЭДС :равно

               

Е₂ = Е_2m/  = W₂*Ф_m*2p¦/ = 4,44 W ₂ *Ф _m * ¦, 

где ¦- частота сети.

Е₂ = 4,44 W ₂ *Ф _m * ¦

Такая же ЭДС возникает и в первичной обмотке, так как магнитный поток про­низывает витки и первичной обмотки. Отношение Е₁ / Е₂ будет опре­деляеть коэффициент трансформации К_тр.

       При К_тр  >  1  Е₁ > Е₂ трансформатор понижающий, К_тр < 1 Е₁ < Е₂ , трансформа­тор повышающий и при К_тр = 1   Е₁ = Е₂  - разделительный.

       В работе трансформатора можно выделить три режима: холостого хода, когда вторичная обмотка разомкнута, короткого замыкания, когда вторичная обмотка замкнута накоротко и рабочий режим под нагрузкой.

       Рассмотрим рРежим холостого хода . U_2хх = Е₂.  К_тр = W₁/W₂  = Е₁/Е₂  » U₁₀/U_20.

ТНа электрической схеме трансформатор изображается следующим образом

 

 

U_2хх=Е₂, тогда ток в первичной обмотке определится как

 I_1o = U₁/Z_1o ; _,

где  Z_1о = R_1o + jX_1o.

Ток I_1o составляет от 3% до 10% от номинального (рабочего) тока трансформа­тора –I_1н, при этом I₂ = 0.

       Ввиду малости первичного тока потери мощности в первичной катушке составляют не более 1% от номинальной мощности трансформа­тора и их можно принять равными нулю так же, как и во вторичной. Р_1о®0,  Р₂ =0

Таким образом, в режиме холостого хода потери мощности наблюдаются только в магнитопроводе и связаны они с перемагничиванием и вихревыми токами, определяемыми магнитным материалом.

Р₁₀ = Р_ст = Р_в + Р_г.

Если первичное напряжение постоянно, то постоянны и потери в стали,. которые пропорциональны значению магнитной индукции В в степени угла магнитного запаздываания -a. Значение угла составляет 5¸10- электрических градусов.

       В этом случае    К_тр = W₁/W₂  = Е₁/Е₂  » U₁₀/U_20.

       Векторная диаграмма может быть построена на основании уравнения для первичной обмотки

           

U ₁ = - E ₁ + I ₁₀ ( R ₁ + jX ₁ )

 

Рис. 43. Векторная диаграмма трансформатора

 

Так как I₁₀*R₁ и I₁₀*X₁<< E₁ , то параметры холостого хода или параметры маг­нитной системы можно определить из следующих выражений 

 ,    ,

Режим короткого замыкания для трансформатора является аварийным, так как при U₂ = 0 и Z_н = 0 ток в первичной обмотке будет в 15-20 раз больше тока номинального рабочего режима. Поэтому опыт короткого замыкания произво­дят только с целью определения параметров первичной и вторичной обмоток.

Опыт производят при замкнутой накоротко вторичной обмотке при условии, что U_1k<< U_1н , тогда I_2k = I_2н и I_1k = I_1н при замкнутой накоротко вторичной обмотке. К_тр » I_2н / I_1н.

Напряжение короткого замыкания для первичной обмотки задается в паспорт­ных данных трансформатора в процентах от вторичного напряжения U_1k% = (U_1k / U_2k)*100%  и составляет примерно 5% для трансформаторов с масляным охлаждением и (2¸2.5)% для трансформаторов с воздушным охлаждением.

       Так как напряжение короткого замыкания в первичной обмотке во много раз меньше номинального, то U₁ @ 4,44W₁*Ф_m*¦ и Ф_mкз<<Ф_mн, то потери в стали при коротком замыкании будут стремиться к нулю.

       Мощность при к.з. К.З. рассеивается только в обмотках трансформатора и идет на нагрев меди в них.

Р_кз = Р_мн = Р_м1н + Р_м2н = I² _1н*R₁ + I² _2н*R₂ = I² _1н*R_к.з.

СОбщее сопротивленияе короткого замыкания и соsj Z_к.з определияются из отношенияй   

Z_к.з =U_1k / I_1н ;   R_к.з = Р_к.з/ / I² _1н;   соsj = R_к.з / Z_к.з,;      К_тр » I_2н / I_1н.

       Схема замещения трансформатора в режиме короткого замыкания и век­торная диаграмма имеют вид в соответствии с уравнением

U_1к.з = I_1н*Z_к.з = I_1н(R_к.з +jX_к.з)

       Для составления схемы замещения и удобства расчета рабочих режимов используют метод приведения параметров вторичной обмотки трансформатора к первичной. Тогда W₁ = W₂ – число витков обмотки приведенного трансформатора,

где  W₂ = KW_{2 ,}            Е'₂ = Е₂К;    U'₂ = U₂K.

Условием приведения является постоянство энергетических характеристик (мощности и потерь) S₂ = S₂ и Р_м2 = Р_м2,

 тогда I'₂  = I₂(1/K); R'₂=R₂K^2;; X'₂ = X₂ K² и Z'₂ = Z₂K².

Для расчетов используют Т и П схемы замещения:

 

Рис. 44. Т и П схемы замещения трансформатора

 

 

Уравнения цепи для Т- схемы имеют вид:

U ₁ = -Е₁ + I ₁ ( R ₁ + jX ₁ )

U ₂ = Е₂ – I ₂ ( R ₂ + jX ₂ )

I ₁ = I ₁₀ - I ₂

           Рабочие свойства трансформатора в нагрузочном режиме характеризуются зависимостями вторичного напряжения и кпд КПД от тока во вторичной обмотке.       U ₂ = f ( I ₂ );. h = f ( I ₂ ).

Зависимость U ₂ = f ( I ₂ ) напряжения от тока называется нагрузочной или внешней характеристикой, рис.40.

 

 

Кривая 1 соответствует режиму емкостной нагрузки,        cosj < 1, кривая 2 активной нагрузке, cosj = 0 и кривая 3 индуктивной нагрузке, cosj < 1..

Максимальный Ккоэффициент полезного действия трансформатора со­ставляет 0,98¸0,99 и находится из соотношения полезной мощности на нагрузке к мощности потребляемой из сети.

h = Р₂ / Р₁

 

h = Р₂ / Р₁ , где Р₁ = Р₂ + Р_хх + Р_к.з;; 

Р₂ = U₂I₂ ; cosj  = bS_нcosj_2.   b = I₂ / I_2н - коэф­фициент загрузки трансформатора, S – полная мощность трансформатора изме­ряемая в ВА .

 

 

Рис. 45. Нагрузочные характеристики трансформатора

Из  графиков зависимостей к.п.д КПД и потерь в трансформаторе в функции коэффициента загрузки, рис.41 видно, что потери в стали не зависят от нагрузки и являются постоянными. Потери в меди обмоток растут и изменяются по нелинейному закону

. Коэффициент полезного действия будет иметь максимальное значение при равенстве указанных потерь и коэффициенте загрузки равном 0,6.

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться: