Мощность приемников при любом виде нагрузки

Активная мощность приемниковв 3-х фазных цепях равна алгебраической сумме активных мощностей отдельных фаз:

Р = РABC

Реактивная мощность приемников в 3-х фазных цепях равна алгебраической сумме реактивных мощностей отдельных фаз:

Q = QA +QB +QC

Полная мощность Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru .

Активная мощность при симметричной нагрузке:

Р = 3·Рф =3·Uф·Iф ·cosφф

или Р = Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru ·UЛ ·I Л ·cosφф

Реактивная мощность приемников при симметричной нагрузке

Q= Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru ·UЛ IЛ sinφф

Полная мощность приемнико при симметричной нагрузке:

S = Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru ·UЛ ·I Л

Тема № 3. ИССЛЕДОВАНИЕ КАТУШКИ СО СТАЛЬНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ

Цель работы: 1) изучить особенности работы катушки со стальным сердечником в цепях переменного тока;

2) снять вольт - амперную характеристику катушки при подключении ее к источнику переменного тока;

3) определить параметры схемы замещения и построить векторную диаграмму катушки с сердечником.

Лабораторная работа проводится на стенде, принципиальная схема которого представлена на рис. 14.

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru

Рис. 14

Исследуемый объект - катушка со стальным сердечником L. Стенд питается от регулируемого источника переменного тока промышленной частоты. Измерительные приборы амперметр -РА, вольтметр- PV, ваттметр-PW.

Контрольные вопросы

Вопрос 1: Где и с какой целью применяют катушки со стальным сердечником?

Ответ1. Катушки индуктивности являются основным источником магнитной энергии. Количественной мерой является магнитодвижущая сила F= I·w, где I- ток через катушку, w-число витков катушки индуктивности. [F]=A·виток.

Катушки со стальным сердечником (магнитопроводом) являются основным элементом различных электрических приборов и электрических машин в промышленности – это статоры и роторы машин, электромагниты – катушки возбуждения двигателей постоянного тока, асинхронных двигателей с фазным ротором, электромагниты роторов синхронных машин, катушки электромагнитных реле, датчики измерения (эдс, магнитного потока) или преобразования неэлектрических величин в электрические (датчики перемещения, скорости, ускорения), трансформаторы, магнитные усилители, ограничители переменного тока, фильтры выпрямителей (дроссели).

Катушки со стальным сердечником (магнитопроводом) являются основным элементом различных измерительных электромеханичеких приборов: амперметров, вольтметров, ваттметров электромагнитной и электродинамической систем.

Вопрос 2. С какой целью магнитопроводы электротехнических устройств изготавливают из ферромагнитных материалов?

Ответ 2. 1. Введение стального сердечника в катушку увеличивает ее индуктивность согласно формуле:L=μr·L0 где μr -относительная магнитная проницаемость сердечника, L0- индуктивность катушки без сердечника. Относительная магнитная проницаемость μr ферромагнитных материалов может достигать 104. Т.о. индуктивность L, а следовательно и индуктивное сопротивление ХL= ω·L = μr·ω·L0 возрастет в μr раз.

2. Введение стального сердечника в катушку увеличивает магнитную индукцию Вв катушке (сердечнике) также в μr раз.

***) Если сравнить силу притяжения якоря в 2-х электромагнитных реле, изготовленных со стальным сердечником в катушке и без сердечника, то сила притяжения якоря в катушке со стальным сердечником будет значительно (~ в μr раз) больше. Т.к. согласно закону Ампера сила магнитного взаимодействия пропорциональна индукции магнитного поля F=BIi.

Вопрос 3. Объяснить характер изменения индуктивного и полного сопротивления катушки с сердечником от протекающего через неe тока.

Ответ 3.

****) Индуктивностью называется величина равная отношению магнитного потока катушки ψ= nФ к току катушки L= ψ/I.

Схема замещения реальной катушки с сердечником представлена на рис.15 и рис.16. На схеме рис.15 она состоит из 4-х последовательно соединенных элементов: активного сопротивления обмотки катушки RК, индуктивного сопротивления рассеяния Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , индуктивного сопротивления XL0, обусловленного основным магнитным потоком, замыкающимся по стальному сердечнику и активным сопротивлением Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , учитывающим потери в сердечнике (потери от вихревых токов и потери на перемагничивание сердечника при наличии гистерезиса).

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru

Рис. 15 Рис. 16

Если пренебречь индуктивностью рассеивания и магнитными потерями, то полное сопротивление катушки приближенно равно Ż=Rк+j·XL0. Индуктивное сопротивление XL0=ω·L0=ω·μr·L00, где L00 – индуктивность катушки без сердечника, μr относительная магнитная проницаемость сердечника. Магнитная проницаемость μr в ферромагнетиках сильно зависит от напряженности магнитного поля катушки, а, следовательно, и от тока катушки. Зависимость μr от тока I представлена на рис. 17.

RK не зависит от тока. Обычно XL>> RK, поэтому зависимость сопротивления Z= f(I) близка к зависимости μr= f(I) (рис.17, линия a).

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru Если учитывать магнитные потери, то необходимо рассмотреть зависимость сопротивления потерь R0 и индуктивности рассеяния Xd от тока в катушке. С увеличением тока растет и магнитный поток, что приводит к большим вихревым токам и большему рассеянию потока.

На практике мощность потерь на гистерезис и вихревые токи определяются эмпирическими формулами:

Рг= σг·f· Bnm·G ; Рв= σв·f2 •B2m·G

где σг , σв -коэффициенты , f - частота, Bm – амплитуда магнитной индукции, G-масса сердечника, γ –электропроводность сердечника. Показатель n лежит в интервале 1<n<2. Поэтому с увеличением тока R0 и Xd будут расти. Это приведет к небольшому увеличению полного сопротивления и подьему графика Z=F(I) в области больших токов (рис.17, линия b).

Вопрос 4 . Как уменьшить потери энергии на гистерезис и вихревые токи?

Ответ 4. Для уменьшения потерь на гистерезис магнитопровод изготавливают из материалов с узкой петлей гистерезиса.

Переменный ток катушки создает в магнитопроводе изменяющийся магнитный поток. Магнитный поток направлен вдоль оси катушки. Так как магнитпровод является замкнутым электропроводником, то в переменном магнитном поле, в нем (согласно закону электромагнитной индукции) возникает переменная ЭДС и, соответственно, переменный ток. Этот ток согласно закону Джоуля-Ленца и нагревает магнитпровод. Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопровод изготавливают из набора тонких изолированных друг друга пластин и в состав стали вводят кремний 0,4-5%. Вихревые магнитные поля соседних пластин уничтожают друг друга.

Вопрос 5 . Нарисовать и объяснить схему замещения катушки с сердечником.

Ответ 5. Схема замещения реальной катушки с сердечником представлена на рис.18. Она состоит из 4-х последовательно соединенных элементов: активного сопротивления обмотки катушки Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , индуктивного сопротивления рассеяния Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , индуктивного сопротивления Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , обусловленного основным магнитным потоком, замыкающимся по стальному сердечнику и активным сопротивлением Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , учитывающим потери в сердечнике (потери от вихревых токов и потери на перемагничивание сердечника при наличии гистерезиса).

Индуктивное сопротивление ХL0=ω·L0=ω·μr·L00, где L00 – индуктивность катушки без сердечника, μr относительная магнитная проницаемость. Магнитная проницаемость μr в ферромагнетиках сильно зависит от напряженности магнитного поля катушки, а, следовательно, и от тока в катушке. Это нелинейный элемент. Однако в случае отсутствия гистерезиса можно считать μr =const.

В этом случае уравнение электрического состояния катушки с сердечником можно представить в комплексной форме:

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru

где É- комплекс эдс самоиндукции.

Вопрос 6. Как определяются параметры схемы замещения и зависят ли они от подводимого напряжения?

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru

Рис.18

Ответ 6 Параметры этой схемы замещения определяются по следующим формулам: а) полное сопротивление катушки с сердечником, Ом:

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru ,

где Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru - приложенное напряжение, В: Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru - ток в цепи, А;

б) общее активное сопротивление цепи, Ом:

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru

где Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru - электрические потери, Вт, Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru - магнитные потери (потери в сердечнике), Вт;

в) активное сопротивление обмотки катушки, Ом:

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru ,

(величина Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru указана на исследуемой катушке);

г) общее реактивное сопротивление катушки с сердечником, Ом,

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru

где Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru - индуктивное сопротивление, обусловленное потоком рассеяния;

д) индуктивное сопротивление, обусловленное основным магнитным потоком, Ом,

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru ,

Е - рассчитывается по формуле трансформаторной эдс:

Е=4.44·w·f·Фm

где Фm-амплитуда магнитного потока. Фm определяется по калибровочному (экспериментальному графику Фm=f(I).

Активная мощность, потребляемая катушкой с сердечником, расходуется на покрытие электрических потерь в обмотке катушки и магнитных потерь в стальном сердечнике (измеряется ваттметром РW):

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru .

Отсюда активная мощность, идущая на покрытие магнитных потерь, определяется уравнением:

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru ,

а реактивная мощность рассчитывается по формуле:

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru .

Вопрос 7. Объяснить характер зависимостей Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru ; Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru ; Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru ; Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru .

Ответ 7-1 Зависимость Z= f(I)

Если пренебречь индуктивностью рассеяния и магнитными потерями, то полное сопротивление катушки приближенно равно Ż=Rк+j·XL0. Индуктивное сопротивление XL0=ω·L0=ω·μr·L00, где L00 – индуктивность катушки без сердечника, μr относительная магнитная проницаемость. Магнитная проницаемость μr в ферромагнетиках сильно зависит от напряженности магнитного поля катушки, а следовательно и от тока в катушке. Зависимость μr от тока I . представлена на рис. 19.

RK не зависит от тока. Обычно XL>> RK, поэтому зависимость сопротивления Z= f(I) близка к зависимости μr= f(I) (рис. 19, линия a).

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru Область резкого нарастания Z от тока очень узкая и часто экспериментально не измеряется.

Учет потерь приводит к увеличению доли активного сопротивления в цепи, но незначительно изменит характер зависимости полного сопротивления от тока (рис. 19, линия b).

**)При выполнении лабораторной работы начальную область резкого нарастания Z от тока исследователь не видит.

Ответ 7-2 Зависимость U=f(I) -это вольтамперная характеристика катушки с сердечником. Экспериментальная кривая U= f(I) представлена на рис.20.

 
  Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru

Рис. 20

Вариант ответа a) По закону Ома U =I· Z . При линейном возрастании тока и постоянном Z падение напряжения U должно нарастать также линейно. Однако в нашем случае сопротивление Z само зависит от протекающего через него тока Z=f(I). Поэтому график U=f(I)= I·Z(I) это произведение линейной функции и нелинейной функцииZ=f(I) (рис.21).

Ответ 7.3 График зависимости Ia=f(I)

Объяснение. График строиться на анализе формулы: Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru

Магнитные потери Рм состоят из двух видов потерь: на перемагничивание сердечника и на вихревые токи. Оба вида потерь зависят от тока и описываются эмпирическими формулами:

Рг= σг·f·Bnm·G ; Рв= σв·f2·B2m·G

гдеσг , σв -коэффициенты, f -частота, Bm амплитуда магнитной индукции,G-масса, γ –электропроводность сердечника.Показательnлежит в интервале 1,6<n<2. Амплитуда магнитной индукцииBm зависит от тока также как и амплитуда магнитного потока Фм. Т.к потери на вихревые токи пропорциональны квадрату тока I2м, а зависимость ЭДС Е от тока I известна Е (I) ≈ Фm(I), то Iа будет расти согласно отношению Ia≈const· I2м (I). На начальном участке линейно, затем квадратично.

График Ia=f(I) представлен на рис. 21.

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru

Рис. 21

Ответ 7.4 График зависимости Iμ=f(U)

График cтроится на анализе формулы: Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru . График Ia=f(I) показан на рис.21.

Рост полного тока I идет быстрее роста активной части полного тока Ia, поэтому магнитная составляющая полного тока Iμ растет с увеличением полного тока. График Iμ=f(U) представлен на рис.21.

Тема № 4: ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Цель работы: 1) ознакомиться с устройством и принципом действия однофазного трансформатора;

2) изучить режимы работы и методику опытного определения основных параметров трансформаторов.

Работа выполняется на универсальном стенде, где установлены лабораторный автотрансформатор Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , измерительные приборы, однофазный двухобмоточный трансформатор Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , реостат Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru . Электрическая схема стенда представлена на рис.26.

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru

Рис. 22

Контрольные вопросы

Вопрос 1. Устройство и принцип действия трансформатора.

Ответ 1. Трансформатор – это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, но той же частоты.

Основными конструктивными элементами трансформатора являются магнитопровод и обмотки. Магнитопровод служит для усиления основного магнитного потока и обеспечения магнитной связи между обмотками.

В работе рассматривается двухобмоточный силовой трансформатор (рис.23).

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru

Рис. 23 Рис. 24

К первичной обмотке W1 подводится электрическая энергия от источника. От вторичной обмотки W2 энергия отводится к приемнику (потребителю).

Под действием переменного напряжения u1 (t) в первичной обмотке возникает ток i1 (t) и в сердечнике возбуждается изменяющийся магнитный поток w1·ф(t). Этот поток индуцирует эдс е1(t) и е2(t) в обеих обмотках трансформатора. ЭДС е1 уравновешивает основную часть напряжения u1 , а е2 создает напряжение u2 на выходных клеммах трансформатора. При включении нагрузки во вторичной обмотке в цепи нагрузки возникает ток i2(t), который создает собственный магнитный поток, накладывающийся на магнитный поток от первичной обмотки. В результате создается общий магнитный поток сердечника Ψ, сцепленный с витками обеих обмоток трансформатора и определяющий в них результирующие ЭДС е1 и е2 с действующими значениями: Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru и Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , где Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru - амплитуда магнитного потока: Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru - частота переменного тока; Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru - число витков обмоток.

На щитке трансформатора указываются его номинальные напряжения - высшее (ВН) и низшее НН) . Так же указываются номинальная полная мощность S (ВА), токи (А) , число фаз, схема соединения, режим работы, и способ охлаждения.

Вопрос 2. Записать и объяснить формулы ЭДС и уравнения электрического и магнитного состояний трансформатора

Ответ 2-1 ЭДС определяется скоростью изменения магнитного потока сердечника и числом витков w1 , w2 обмоток трансформатора

В первичной обмотке под действием напряжения U1 возникает ток I1. Он создает магнитный поток катушки с сердечником. Поток переменный, он наводит в первичной обмотке ЭДС самоиндукцииe1 = - w1dФ/dt, а во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукциие2= - w2dФ/dt. Магнитный поток для обоих обмоток один и тот же.

В режиме холостого хода катушка - чистая индуктивность, поэтому если напряжение изменяется по закону u1(t) =U1m·sinωt , то ток отстает от напряжения на 90°:

i(t) =I1m Sin(ωt-90°), магнитный поток совпадает по фазе с током Ф(t) =Ф1m·sin(ωt-90°). Тогда ЭДС будут равны

е1 = - w1dФ/dt = -w1ω Ф1m·sin ωt= -E1m·sinωt

е2 = - w2dФ/dt = -w2ω Ф1m·sin ωt= -E2m·sinωt

Векторная диаграмма идеального (без потерь) трансформатора в режиме холостого хода представлена на рис.25:

 
  Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru

Ответ 2-2. Уравнения электрического состояния реального трансформатора для первичной и вторичной цепей имеют вид:

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru ;

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru ,

где Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru и Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru – активные сопротивления обмоток; Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru и Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru – индуктивные сопротивления рассеяния обмоток.

Ответ 2-3. Уравнения магнитного состояния трансформатора можно получить, исходя из анализа МДС в трансформаторе. ЭДС обеих обмоток возникают благодаря изменению одного и того же магнитного потока Ф с индукцией В. Индукция В и напряженность магнитного поля H связаны зависимостью B=μ·H. Пусть μ=const. Напряженность магнитного поля H по закону полного тока связана с суммарной МДС обеих обмоток соотношением :

Н·l = I1 ·w1+(-I2) ·w2,

где l - длина средней линии магнитопровода;

I1 ·w1 - МДС первичной обмотки;

-I2 ·w2 - МДС вторичной обмотки. Знак минус МДС вторичной обмотки отрицательный в силу закона ЭМИ (правило Ленца –ток возникающий в обмотке 2 всегда будет иметь направление, при котором магнитный поток, создаваемый током I2, будет препятствовать изменению основного потока)

ЭДС Е1=const·Ф= const·В·S= const·μ·H·S,

Е1 = const·μ ·( I1 ·w1-I2 ·w2) ·S/ l

В режиме холостого хода I2=0, соответственно, уравнение (5-3) будет иметь вид:

Е1=const·μ·I10·w1·S/ l

где I10 ток первичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода.

Из уравнений и получим уравнение магнитного состояния трансформатора:

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru

Определим ток I1:

I1= I10 - Iי2

где I10 – ток холостого хода или намагничивающий ток (ток создающий магнитный поток )

Iי2= - w2/w1·I2 - компенсирующий ток. Tок Iי2 компенсирует действие тока вторичной обмотки на основной магнитный поток.

Магнитный поток в сердечнике всегда постоянный.

Вопрос 3. Что такое «коэффициент трансформации»?

Ответ 3. Согласно второму закону Кирхгофа уравнения электрического состояния идеализированного трансформатора имеют вид:

U1= -Е1 , U22

Е1= -w1dФ/dt , Е2= -w2dФ/dt .

Поделив U1 на U2 получим коэффициент трансформации n:

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru ,

В случае реального трансформатора напряжение U2 совпадает c эдс E2 только при холостом ходе. Поэтому коэффициент трансформации Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru .

где Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru – напряжение на зажимах вторичной обмотки в режиме холостого хода.

Вопрос 4. Нарисовать и объяснить схему замещения нагруженного трансформатора.

Ответ 4. В режиме холостого хода схема замещения трансформатора совпадает со схемой замещения катушки индуктивности (рис.18).

В режиме нагрузки трансформатора ( при отсутствии гистерезиса) электрическое состояние трансформатора можно описать (на основании 2-го закона Кирхгофа) комплексными уравнениями:

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru ,

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru ,

где: R1 –активное сопротивление 1-ой обмотки,

R’2 =(w1/w2)2 R2 – приведенное активное сопротивление вторичной обмотки,

Ż об1 комплексные сопротивление 1-ой обмотки,

x рас1 =ωL рас1 – сопротивление рассеяния первичной обмотки,.

x’рас2 =ωL’рас2 =(w1/w2)2 · ωL рас2 – приведенное сопротивление рассеивания вторичной обмотки ,

Ż‛об2 приведенное комплексное сопротивление 2-ой обмотки, Ż’об2 = R’2 + jx’рас2 ,

Ż‛2 – приведенное комплексное сопротивление нагрузки Ż’2=(w1/w2 )2 ·Ż2

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru – приведенной к первичной цепи комплексный ток вторичной цепи или приведенный ток.

Ток холостого хода I1xx можно представить как сумму 2-токов :- активного I1axx и реактивного ( намагничивающего)I1МХХ.

I1xx=I1axx+ I1МХХ

В соответствии с этими уравнениями схема замещения нагруженного трансформатора может быть представлена схемой на рис.26:

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru

Рис. 26

Пунктиром обозначена схема замещения идеализированного трансформатора в режиме холостого хода,

g- и b активная и реактивные части проводимости катушки.

Żоб1·Ì1, Żоб2· Ì2 представляют полное внутреннее падение напряжения на первичной и вторичной обмотках соответственно.

Вопрос 5: Как проводятся опыты холостого хода и короткого замыкания?

Ответ 5: Для проведения опыта холостого хода

1. Собрать схему согласно рис.27:

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru

Рис. 27

2. Включить питание и установить напряжение на первичной обмотке Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru В.

3. Измерить ток холостого хода Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru напряжение Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru и мощность Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , потребляемую трансформатором. Результаты измерений занести в табл. 1.

Таблица 1

Измеренные величины Вычисленные величины
Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , В Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , В Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , А Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , Вт Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru
           

4. Снизить автотрансформатором напряжение Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru до нуля, отключить питание.

По данным опыта вычислить коэффициент мощности Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru =P0/U10I10, коэффициент трансформации Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru . Результаты вычислений занести в табл.

Б) Для проведения опыта короткого замыкания :

1. Собрать схему согласно рис.28:

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru

Рис. 28

2. Замкнуть вторичную обмотку на амперметр (рис.28); подключить к первичной обмотке вольтметр с меньшим пределом измерений (50 или 75 В).

3. Включить питание и установить на первичной обмотке напряжение Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru так, чтобы ток Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru имел номинальное значение 4 А, соответствующее данному трансформатору. Измерить Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru и занести результаты в табл.2.

4. Снизить автотрансформатором напряжение Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru до нуля, отключить питание.

5. По данным опыта вычислить Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru и сопротивления: полное Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru ,

активное Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru и реактивное Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru . Результаты вычислений занести в табл. 2.

Таблица 2

Измеренные величины Вычисленные величины
Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , В Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , А Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , Вт Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , А Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , Ом Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , Ом Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru , Ом Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru
               

Рабочие формулы :

RKЗ= Pk/I2ном , ZK = U1K/I1ном , Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru ,

UK= RKЗ·I1ном/U1ном ·100% , сos φK = RК /ZK.

Вопрос 6: Объяснить причины и характер изменения напряжения вторичной обмотки при изменении нагрузки.

Ответ 6: Если пренебречь током холостого хода то упрощенная схема замещения трансформатора в режиме нагрузки может быть представлена схемой (рис.29)

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru

Рис.29

Если напряжение U1=U1ном неизменно, то при изменении Z2 будут изменяться напряжения и токи первичной и вторичной обмоток трансформатора. Чтобы определить изменение напряжения вторичной обмотки, его обычно приводят к числу витков первичной обмотки: Uי2=(w1/w2)U2. Изменением напряжения называют разность действующих значений приведенного вторичного напряжения Uי2 в режиме холостого хода и при заданном комплексном сопротивлении Z2. В режиме холостого хода Uי2 = U1ном . Поэтому:

ΔU%=( U1ном- Uי2)/ U1ном100%

Если cosφ2=cosφk, то ΔU будет максимальным. U1 -Uי2= ZK I1

Внешней характеристикой тр-ра называют зависимость U2=f(I2) при постоянном коэффициенте cosφ2 и постоянном U1ном .

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru Обычно его выражают в относительных единицах U2/U2ном=f(I2). Эта зависимость дается уравнением:

U2/U2ном=1-кЗ·I1ном/U1ном·(RK·cos φ2 + XK·cosφk),

где кЗ= I2/I2ном - коэффициент загрузки трансформатора.

При изменении коэффициент загрузки трансформатора в пределах 0<kЗ<1 напряжение на выходе трансформатора U2 изменяется всего на несколько процентов.

Уменьшение напряжения U2 происходит из за падения напряжения на внутренних сопротивлениях обеих обмоток трансформатора.

В трансформаторах малой мощности рассеяние незначительно и внутреннее сопротивление обмоток чисто активное. В этом случае изменение напряжения:

ΔU= RK ·I1ном/ U1ном ·100%.

Вопрос 7: Как определяется КПД силовых трансформаторов?

Ответ 7. Потери в трансформаторе по природе аналогичны потерям в катушке с сердечником.

Это тепловые потери за счет нагрева проводов обмотки, потери на гистерезис и на вихревые токи.

КПД силовых трансформаторов η= Р21 , где Р2= U2I2 cos φ2

В нашем опыте сопротивление нагрузки чисто активное, поэтому cos φ2=1.

Однако, т.к. Р1 и Р2 близки при таком расчете допускается большая ошибка.

В номинальном режиме более точное измерение достигается путем измерения непосредственно потерь. Мощность Р12+Рм+РЭ, где Рм и РЭ магнитные и электрические потери соответственно.

При номинальных значениях первичных напряжения U1ном и тока I1ном магнитные потери в магнитопроводе и электрические потери в проводах равны практически активным мощностям трансформатора в опытах холостого хода и короткого замыкания соответственно:

η= Р2/ (Р2 + РМЭ)

Рм = Р0 - измеряется в опыте холостого хода,

РЭ – РКЗ - измеряется в опыте короткого замыкания.

В общем случае необходимо включить в цепь нагрузки ваттметр.

КПДтрансформатора зависит от коэффициента мощностиcosφ2и коэффициента загрузки Кз = I2/I2ном.

КПД силовых трансформаторов составляет обычно 70 - 99%.

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru

Рис. 31

 
Вопрос 8. Объяснить особенности конструкции и принципа действия автотрансформаторов.

Ответ 8:

Автотрансформатор представляет собой трансформатор, у которого обмотка низкого напряжения является частью обмотки высокого напряжения. На общий магнитопровод наматывают катушки с отводом от части витков. Принципиальная схема автотрансформатора представлена на рис.32.

В автотрансформаторе цепи первичной и вторичной обмоток имеют не только магнитную, но и электрическую связь.

Для автотрансформатора так же справедливо соотношение:

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru

Мощность приемников при любом виде нагрузки - student2.ru

Рис. 32

При включении нагрузки во вторичной цепи в цепи возникает ток I2 .Магнитный поток сердечника Фm так же постоянен и равен потоку холостого хода.

Уравнение для МДС имеет вид:

w1 ·I1x=(w1-w2)·I1+w2·I12

I1 -ток первичной цепи(участок А-а) с числом витков =(w1-w2),

I12 – ток через обмотку w2 (участок а-х)

Т.к I1x мало, то:

I12 ≈ (w1/ w2 -1)·I1.

 
Если w1/ w2 ≈1, то ток в проводах обмотки на участке (а-х) I12≈0.

Напряжение на нагрузке U2 = w2/w1 ·U1, поэтому при постоянном U1 изменяя w2 можно изменять U2 .

Обычно автотрансформаторы изготавливают с несколькими отводами или с устройством плавного регулирования положения отвода (ЛАТР).

При одинаковых мощностях автотрансформатор имеет меньшие габариты и вес по сравнению с обычными трансформаторами.

Автотрансформаторы используют в качестве регуляторов напряжения при пуске мощных асинхронных и синхронных двигателей, в сварочных аппаратах.

Однако, исходя из требований ТБ ,наличие электрической связи является недостатком.

Тема № 5: ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ.

Цели работы: 1.Изучить устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором;

2. Ознакомиться с методом непосредственного пуска двигателя и измерить пусковой ток;

3. Снять рабочие характеристики двигателя и на их основе дать оценку двигателя.

Работа выполняется на универсальном стенде, в котором смонтированы лабораторный автотрансформатор, выпрямитель, ламповая нагрузка, коммутационная аппаратура и необходимые приборы. Электрическая цепь стенда представлена на рис.33.

Трехфазный асинхронный двигатель М расположен за стендом. В качестве нагрузки двигателя используется генератор постоянного тока независимого возбуждения G, соединенный с двигателем муфтой. Генератор нагружается ламповым реостатом EL1 – EL7. Регулирование тока возбуждения генератора осуществляется лабораторным автотрансформатором Т, во вторичную цепь которого включен мостовой выпрямитель.

Наши рекомендации