Измерение мощности в трехфазных цепях.

В симметричной трехфазной цепи, потребляемые каждой фазой мощности Pф, равны между собой, и в этом случае общая мощность P= 3 Pф, а для каждой из фаз справедливо общее выражение мощности в цепи переменного тока: Pф=UфIфcosφ, где φ угол сдвига между фазными напряжением и током.

При соединении звездой Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru , Iф=Iл, а при соединении треугольником Uф= Uл; Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru . В обоих случаях, заменяя фазные величины через линейные, мы получим одно и то же выражение для мощности симметричной трехфазной цепи:

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru

При симметричной нагрузке измеряют мощность Pф, P= 3Pф. При этом токовую обмотку ваттметра включают последовательно с одной из фаз нагрузки, обмотку напряжения – между началом и концом этой же фазы.

PW
PW
IA
IB
IC
UAB
UBC  
A
B
C
В случае несимметричной нагрузки измерение мощности в трехфазных трех проводных цепях (при соединении приемников треугольником или звездой без нулевого провода) в большинстве случаев производится по способу двух ваттметров (рис.5.5).

Рис.5.5. Схема для измерения мощности при несимметричной нагрузке в трех проводной цепи трехфазного тока.

A
B
C
PW
PW
PW

Рис.5.6.Схема для измерения мощности в четырех проводной

цепи трехфазного тока.

Для измерения мощности в трехфазных четырех проводных системах простейшим является способ трех ваттметров (рис.5.6).

При таком соединении каждый из ваттметров измеряет мощности одной фазы. Мощность трехфазной системы равна суме показаний трех ваттметров.

Порядок выполнения работы.

Соединение звездой.

1. Собрать схему соединения звездой с нулевым проводом. В качестве нагрузок фаз используются ползунковые реостаты. Убедиться, что ток в нулевом проводе будет равен нулю. Произвести измерения токов, напряжений, мощности. Изменить сопротивления реостатов в фазах по отношению друг к другу. Произвести замеры токов, напряжений и мощности при неравномерной нагрузке фаз. Результаты измерений записать в табл.5.1.

Таблица 5.1.

Характер нагрузки Результаты измерений Вычислено
I0, А IA, А IB, А IC, А UА, В UВ, В UС, В UAB, В UBC, В UCA, В P1, Вт P2, Вт P3, Вт Р, Вт UЛ / UФ
Равномер-ная                              
Неравномер-ная                              

2. Отключить нулевой провод и произвести измерения токов, напряжения и мощности (по способу двух ваттметров) для случаев равномерной и неравномерной нагрузки фаз. Результаты измерений записать в табл.5.2.

Таблица 5.2.

Характер нагрузки Результаты измерений Вычислено
IA, А IB, А IC, А UА, В UВ, В UС, В UAB, В UBC, В UCA, В P1, Вт P2, Вт P3, Вт Р, Вт UЛ / UФ
Равномер-ная                            
Неравномер-ная                            

3. По данным табл.5.1 и 5.2 вычислить отношение линейных и фазных напряжений и подсчитать общую мощность цепи; построить векторную диаграмму для случая неравномерной нагрузки фаз предварительно выбрав оптимальный масштаб диаграммы.

4. Сопоставить величины фазных напряжений для случаев неравномерной нагрузки с нулевым проводом и без нулевого провода.

Соединение треугольником.

1. Собрать схему соединения треугольником, использовав в качестве нагрузки те же реостаты, что и в схеме соединения звездой. Произвести измерения токов, напряжений и мощности для случаев равномерной и неравномерной нагрузки фаз. Результаты измерений записать в табл.5.3.

Таблица 5.3.

Характер нагрузки Результаты измерений Вычислено
IA, А IB, А IC, А IАB, В IВC, В IСA, В UAB, В UBC, В UCA, В P1, Вт P2, Вт Р, Вт IЛ / IФ
Равномер-ная                          
Неравномер-ная                          

2. По данным табл.5.3 вычислить соотношение линейных и фазных токов, подсчитать общую мощность цепи; построить векторную диаграмму для случая неравномерной нагрузки фаз предварительно выбрав оптимальный масштаб диаграммы.

3. Для случаев равномерной нагрузки подсчитать мощность аналитически и сопоставить её с суммой показаний ваттметров.




Контрольные вопросы.

1. Почему наибольшее распространение в электроэнергетике получили трехфазные цепи?

2. Объясните способы соединения звездой и треугольником.

3. Какая нагрузка называется симметричной, равномерной и несимметричной?

4. Какие напряжения и соответственно токи называются линейными и фазными? Их соотношение при соединении звездой и треугольником.

5. Объясните построение векторных диаграмм при соединении звездой и треугольником.

6. В каком случае применяется соединение звездой с нулевым проводом и без него?

Приложение

Наименование Обозначение буквенное по ГОСТ 2.710.81 Обозначение графическое Стандарт
Линия электрической связи*   а) б) в) ГОСТ 2.751-73
Резистор а – постоянный; б – переменный  
а)

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru

б)

ГОСТ 2.728-74
Катушка индуктивности L
R 1,5…4

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru

ГОСТ 2.723-68
Конденсатор постоянной емкости С

ГОСТ 2.728-74
Прибор электро-измерительный** Р
Ø10

ГОСТ 2.729-68

* Линия электрической связи обозначается тонкой линией (а), её соединения с точкой (б), пересечения без точки (в). Толщина линий при выполнении схем выбирается 0,18 – 0,4 в зависимости от выбранного формата чертежа.

** Для указания назначения прибора в его графическое обозначение вписывают буквенное обозначение единиц измерения или измеряемых величин.

Например: РА – амперметр, РV – вольтметр.

Лабораторная работа № 6

Однофазный трансформатор

Цель работы: Ознакомление с принципом работы, характеристиками и методами исследования однофазных трансформа­торов.

Основные теоретические положения

Трансформатор — статический электромагнитный аппарат предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Трансформатор состоит из стального сердечника, собранного из тонких листов электротехнической стали, так же как в катушках индуктивности с ферромагнитным сердечником, изолированных друг от друга с целью снижения потерь мощности на гистерезис и вихревые токи.

На сердечнике однофазового трансформатора (рис. 12.1) в простейшем случае расположены две обмотки, выполненные из изолированного провода. К первичной обмотке подводится питающее напряжение U1. Со вторичной его обмотки снимается напряжен U2, которое подводится к потребителю электрической энергии.

Во многих случаях трансформатор имеет не одну, а две или несколько вторичных обмоток, к каждой из которых подключается свой потребитель электроэнергии.

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru

Рис. 12.1

Переменный ток, проходя по виткам первичной обмотки трансформатора, возбуждает в сердечнике магнитопровода пере­менный магнитный поток Ф. Изменяясь во времени по синусои­дальному закону Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru , этот поток пронизывает витки как первичной, так и вторичной обмоток трансформатора. При этом в соответствии с законом электромагнитной индукции в обмот­ках будут наводиться ЭДС, мгновенные значения которых соот­ветственно для первичной и вторичной обмоток можно записать в следующем виде:

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru ,

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru ,

где w1 и w2—число витков первичной и вторичной обмоток транс­форматора; Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru и Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru —амплитудные значения ЭДС в первичной и вторичной обмотках.

Из полученных уравнений следует, что ЭДС Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru , так же как и ЭДС Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru трансформатора, будут опережать магнитный поток на угол Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru .

Ток первичной обмотки трансформатора при отключенном потребителе электроэнергии является током холостого хода /о. Пренебрегая влиянием насыщения, несинусоидальный намагни­чивающий ток можно заменить эквивалентным синусоидальным:

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru .

Входящий в уравнение угол магнитных потерь α (угол сдвига по фазе между током и Магнитным потоком трансформатора) обу­словлен потерями мощности в магнитопроводе трансформатора.

Значение угла α для современных электротехнических сталей обычно невелико и составляет порядка 4...6°.

Напряжение, подводимое в режиме холостого хода к транс­форматору, в соответствии со вторым законом Кирхгофа для первичной обмотки, так же как и для катушки индуктивности с магнитопроводом, может быть представлено как сумма:

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru ,

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru где Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru — активное сопротивление пер­вичной обмотки; Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru — индуктивное со­противление первичной обмотки, обу­словленное потоками рассеяния.

Исходя из уравнения электрического равновесия, можно построить вектор­ную диаграмму трансформатора для ре­жима холостого хода (рис. 12.2). При си­нусоидальном изменении магнитного потока и отсутствии насыщения магнитной системы действую­щие значения ЭДС, наводимых в первичной и вторичной обмот­ках трансформатора, определяются по формулам:

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru и Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru ,

где Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru — частота переменного тока; Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru — амплитудное значение магнитного потока трансформатора; Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru и Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru — число витков пер­вичной и вторичной обмоток трансформатора. Отношение ЭДС первичной обмотки трансформатора к ЭДС вторичной его обмот­ки, равное отношению соответствующих чисел витков обмоток, называется коэффициентом трансформации трансформатора: Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru / Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru = Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru / Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru = n

Если Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru , то трансформатор является повышающим; при Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru он будет понижающим.

В отличие от режима холостого хода, возникаемого в процес­се эксплуатации трансформатора при отключении нагрузки, при его исследовании появляется необходимость проведения опыт- холостого хода трансформатора. Этот опыт проводится в целя определения коэффициента трансформации и, магнитного пот ка Фт, а также потерь мощности Рм ном в сердечнике магнитол- вода трансформатора при номинальном режиме.

При опыте холостого хода к первичной обмотке трансформа тора подводится напряжение, равное номинальному его знач­ило U1 ном. Вторичная обмотка трансформатора при этом разомкнута, так как в цепи ее отсутствует нагрузка. В результате этого ток во вторичной обмотке оказывается равным нулю (I2= 0), в то время как в цепи первичной обмотки трансформатора будет ток холостого хода Iо, значение которого обычно невелико и составляет порядка 4—10% от номинального значения тока в первичной обмотке I2 ном. С увеличением номинальной мощности трансформатора относительное значение тока холо­стого хода снижается.

Воспользовавшись вторым законом Кирхгофа для первичной и вторичной цепи трансформатора в режиме холостого хода, можно получить следующие уравнения электрического равнове­сия:

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru

Пренебрегая влиянием падения напряжения на первичной об­мотке трансформатора Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru ,равного произведению тока холостого хода на сопротивление первичной обмотки Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru ввиду его небольшого значения по сравнению с Е1, коэффициент трансформации приближенно можно определить по показаниям приборов при опыте холостого хода как отношение первичного напряжения ко вторичному напряжению: п = Е1/ Е2≈ U1/U2. При этом U1≈ Е1= 4,44 Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru .

Полученное выражение дает возможность вычислить магнит­ный поток Фm, а также магнитную индукцию Вт, если известно сечение сердечника магнитопровода sc, так как Вт = Фm/sc.

Активная мощность, потребляемая трансформатором в режи­ме холостого хода Ро, затрачивается на потери мощности в магнитопроводе и электрические потери мощности в первичной об­мотке: Ро = Рм + Рэ1.

Так как активное сопротивление первичной обмотки R1, так же как и ток холостого хода I0 трансформатора, обычно незна­чительно, электрические потери в этой обмотке оказываются небольшими и ими можно пренебречь. В результате этого мож­но принять, что мощность, потребляемая трансформатором в опыте холостого хода и измеряемая ваттметром, расходуется на потери в магнитопроводе, обусловленные гистерезисом и вихре­выми токами: Ро ≈ Рм. При нагрузке трансформатора ко вто­ричной его обмотке подключается потребитель электрической энергии.

Ток во вторичной обмотке нагруженного трансформатора со­гласно закону Ома определяется выражением

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru

где Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru — полное сопротивление потребителя.

В соответствии со вторым законом Кирхгофа для первичной и вторичной обмоток нагруженного трансформатора можно за­писать соответственно следующие уравнения электрического равновесия:

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru

где Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru — ток первичной обмотки нагруженного трансформатора; Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru — активное сопротивление вторичной обмотки; Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru — индук­тивное сопротивление вторичной обмотки, обусловленное пото­ками рассеяния.

Так как падение напряжения на первичной обмотке транс­форматора Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru 2 в пределах до номинального тока нагрузки обычно мало по сравнению с ЭДС Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru можно прибли­женно считать, что U1≈ Е1= 4,44 Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru

Из этого следует, что при неизменном напряжении питающей сети U1 = const при нагрузке трансформатора ЭДС Е1 можно счи­тать неизменной (Е1 = const). Так как ЭДС наводится результи­рующим магнитным потоком, то, следовательно, этот поток дол­жен также оставаться практически постоянным в пределах от холостого хода до номинальной нагрузки трансформатора, т. е. Фm = const.

Исследование работы трансформатора при нагрузке удобно проводить на основе векторных диаграмм, построенных для при­веденного трансформатора, заменяющего реальный трансформа­тор, у которого параметры вторичной обмотки приведены к на­пряжению и числу витков первичной обмотки. В соответствии с этим приведенный трансформатор должен иметь коэффициент трансформации, равный единице (и = 1).

В процессе определения параметров вторичной обмотки при­веденного трансформатора все параметры первичной его обмот­ки остаются неизменными. При замене реального трансформато­ра приведенным трансформатором активные, реактивные и полные мощности, а также коэффициент мощности вторичной обмотки трансформатора должны оставаться постоянными.

Значение вторичной приведенной ЭДС Е'2 можно найти из выражения для коэффициента трансформации: Е1 = пЕ2 - Е'2. Аналогично можно записать выражение и для вторичного приве­денного напряжения трансформатора:

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru

Значение приведенного вторичного тока Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru можно получить из соотношения, записанного из условия сохранения постоянства мощности вторичной обмотки трансформатора:

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru

С учетом этого, а также того, что : Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru , получаем выражение для приведенного вторичного тока:

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru Приведенное активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора R2 можно определить исходя из условия посто­янства электрических потерь во вторичной обмотке трансформа­тора в процессе приведения параметров Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru .

С учетом выражения для тока I2 получим выражение для при­веденного активного сопротивления вторичной обмотки : Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru .

Аналогично, исходя из неизменности реактивной и полной мощности вторичной обмотки трансформатора, можно получить выражения для приведенного реактивного индуктивного и при­веденного полного сопротивлений вторичной обмотки транс­форматора: Х'2 = п2Х2, Z'2 = п2Z2 и нагрузки: Z'н = n2Zн.

При этом, так же как и для катушки индуктивности с магнитопроводом, ЭДС Е1, равную Е'2, можно заменить векторной суммой активного и реактивного индуктивного падений напря­жения в соответствии с уравнением

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru ,

где X0 — индуктивное сопротивление, обусловленное основным потоком Ф трансформатора; R0 — активное сопротивление, обу­словленное магнитными потерями мощности в магнитопроводе трансформатора, т. е. некоторое условное активное сопротивле­ние, в котором выделяется мощность Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru , равная магнитным по­терям мощности в магнитопроводе.

С учетом полученных уравнений для Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru и Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru 2, используя при­веденные параметры вторичной обмотки трансформатора, запи­шем уравнение электрического равновесия для вторичной обмот­ки Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru . Принимая во внимание, что Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru . , можно составить схему замещения трансформатора, имеющую вид, представленный на рис. 12.3, а, и построить векторную диа­грамму (рис. 12.3, б).

Опыт короткого замыкания трансформатора проводится в процессе исследований трансформатора для определения элек­трических потерь мощности в проводах обмоток и параметров упрощенной схемы замещения трансформатора. Этот опыт про­водится при замкнутой накоротко вторичной обмотке трансфор­матора. При этом напряжение на вторичной обмотке равно нулю (U=0).

Замыкание вторичной обмотки трансформатора накоротко в процессе эксплуатации приводит к тому, что при номинальном напряжении, подводимом к первичной обмотке, в обмотках трансформатора возникают весьма значительные токи, которые могут привести к выходу его из строя.

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru

При проведении опыта короткого замыкания трансформато­ра, в отличие от опасного режима короткого замыкания, возни­кающего в аварийных условиях самопроизвольно, к первичной обмотке трансформатора подводится такое напряжение U1K, при котором в обмотках возникают токи, равные соответствующимноминальным их значениям I1 = I1 ном,I2= I2 ном.

Для этого достаточно к первичной обмотке трансформатора подвести напряжение U1, сниженное (в зависимости от типа и мощности трансформатора) в 10—20 раз по сравнению с соответ­ствующим номинальным значением напряжения U1 ном .Так как при опыте короткого замыкания напряжение, подводимое к пер­вичной обмотке, мало и равно Uк≈ Ек= 4,44 Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru , то магнит­ный поток трансформатора Фт, а следовательно, и магнитная индукция Вт трансформатора будут также малы. Это означает, что магнитные потери мощности в магнитопроводе Рм, которые, как известно, пропорциональны квадрату магнитной индукции Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru J В2т, при опыте короткого замыкания ничтожно малы и ими мож­но пренебречь, т. е. Рт = 0.

Таким образом, можно считать, что при опыте короткого за­мыкания вся мощность Рк, потребляемая трансформатором, идет на нагрев обмоток трансформатора, т. е. равна электрическим потерям Рэ в проводах обмоток при номинальной нагрузке:

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru ,

где Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru и Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru — номинальные значения токов соответственно в первичной и вторичной обмотках трансформатора, так как опыт короткого замыкания проводится при номинальном значении тока.

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru

Поэтому с учетом того, что Рм = 0, мощность Рк = Рэ ном,т. е. равна электрическим потерям мощности в обмотках трансформа­тора при номинальной нагрузке I1ном = I’2 ном.

В соответствии с изложенным, измерив напряжение, ток и ак­тивную мощность при опыте короткого замыкания (Z’H = 0), мож­но определить параметры упрощенной схемы замещения транс­форматора (рис. 12.4) при коротком замыкании:

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru ,

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru ,

где Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru , Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru и Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru — соответственно активное, реактивное индуктив­ное и полное сопротивления короткого замыкания трансформа­тора.

К нагрузочным характеристикам трансформатора относятся зависимости вторичного напряжения U2, коэффициента мощно­сти cosφ1 и коэффициента полезного действия η от тока нагрузки I2 потребителя электроэнергии при cosφ1 = const.

Характер этих зависимостей представлен на рис. 12.5 и 12.6.

Зависимость напряжения на зажимах вторичной обмот­ки от тока нагрузки является внешней характеристикой трансформатора.

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru

Вторичная обмотка трансформатора по отношению к потре­бителю электроэнергии является источником, поэтому направле­ние тока во вторичной обмотке (см. рис. 12.1) совпадает с на­правлением ЭДС Е2 в этой обмотке. На основании второго закона Кирхгофа для вторичной цепи трансформатора можно со­ставить уравнение электрического равновесия для этой цепи, за­писав которое относительно напряжения вторичной обмотки по­лучим уравнение для внешней характеристики трансформатора в векторной форме:

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru .

Из полученного выражения следует, что изменение тока на­грузки трансформатора приводит к изменению напряжения на зажимах его вторичной обмотки. Это происходит не только за счет увеличения падения напряжения на вторичной обмотке, т. е. увеличения произведения Z2I2, но также и за счет уменьшения ЭДС Е2 в реальных условиях вследствие некоторого уменьшения магнитного потока при увеличении тока нагрузки трансформа­тора.

Внешняя характеристика трансформатора при различных хар­актерах нагрузки и cosφ1 = const имеет вид, представленный на рис. 12.5. Из векторной диаграммы нагруженного трансформато­ра можно установить, что падение напряжения на его вторичной обмотке тем больше, чем больше угол сдвига по фазе между ЭДС Е2 и тока нагрузки I2.

Таким образом, чем больше выражен индуктивный характер нагрузки трансформатора, тем значительнее уменьшается на­пряжение на его вторичной обмотке с ростом тока нагрузки (кривая 3, рис. 12.5). Можно показать, что при чисто активной нагрузке внешняя характеристика трансформатора будет более жесткой (кривая 2, рис. 12.5). При емкостном характёре нагруз­ки с увеличением тока нагрузки происходит возрастание напря­жения на зажимах вторичной обмотки трансформатора (кривая 1, рис. 12.5).

На рис. 12.6 представлена внешняя характеристика трансфор­матора при активно-индуктивном характере нагрузки. Характер изменения коэффициента мощности относительно питающей се­ти, т. е. cosφ(I2) (рис. 12.6), объясняется следующим образом.

В режиме холостого хода трансформатора, при отсутствии нагрузки во вторичной цепи, трансформатор потребляет актив­ную мощность, равную мощности холостого хода:

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru .

Так как мощность, ток и напряжение в режиме холостого хо­да не равны нулю, то не может быть равным нулю и Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru при Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru = 0.

Таким образом, зависимость Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru ) выходит не из начала координат, а из точки с ординатой, равной Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru .

С увеличением нагрузки эта зависимость сначала довольно резко возрастает, достигает максимального своего значения при некотором значении тока Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru , а затем несколько уменьшается при дальнейшем увеличении тока нагрузки, что можно видеть из век­торной диаграммы нагруженного трансформатора, так как с уве­личением тока нагрузки Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru одновременно происходит увеличение и тока первичной обмотки трансформатора Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru Так как коэффи­циент мощности потребителя Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru = const, то наряду с увеличе­нием вектора тока Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru происходит его смещение в сторону вектора Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru . Угол ( Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru при этом уменьшается, a Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru соответственно увели­чивается.

Однако возрастание Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru происходит только до определен­ного предела, равного Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru max, так как дальнейшее увеличение I2, а следовательно Р2 и I1, приводит к значительному возраста­нию вектора реактивного падения напряжения на первичной об­мотке . При этом возрастание угла Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru за счет увеличения вектора Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru не может быть скомпенсировано уменьшением этого угла за счет увеличения тока /„ так как cos(p2 = const, ток /, только в пре­деле может совпадать с линией вектора тока Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru , занимающего же­стко фиксированное положение на векторной диаграмме относи­тельно вектора ЭДС Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru . В результате этого при дальнейшем увеличении тока нагрузки происходит уменьшение коэффициен­та мощности Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru .

Несколько другой характер имеет зависимость коэффициента полезного действия в функции тока нагрузки η( Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru (см. рис. 12.6). Коэффициент полезного действия трансформатора, как известно, представляет собой отношение полезной мощности к мощности, потребляемой им из сети:

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru ,

где РM — потери в магнитопроводе трансформатора (находят из опыта холостого хода); Рэ — электрические потери в обмотках трансформатора (определяют при номинальной нагрузке из опы­та короткого замыкания); Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru — отношение тока нагрузки к номинальному его значению; Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru = P2/U2I2 — коэффициент мощ­ности потребителя электроэнергии, Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru .

При отсутствии нагрузки, когда мощность не потребляется, коэффициент полезного действия оказывается равным нулю, по­этому зависимость η( Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru будет выходить из начала координат.

Из формулы для КПД видно, что при малых значениях на­грузки, когда электрическими потерями мощности Рэ в обмотках трансформатора вследствие небольшого значения тока нагрузки можно пренебречь и когда потери мощности в магнитопроводе Рм оказываются соизмеримыми с полезной мощностью Р2, значе­ние КПД трансформатора оказывается небольшим. С увеличени­ем’ тока нагрузки КПД трансформатора растет.

Потери мощности в магнитопроводе трансформатора не за­висят от нагрузки, в то время как с увеличением нагрузки элек­трические потери мощности в обмотках трансформатора растут пропорционально квадрату тока.

С учетом этого анализ приведенной формулы показывает, что КПД трансформатора имеет наибольшее значение при равен­стве электрических потерь мощности в обмотках и потерь мощ­ности в магнитопроводе трансформатора (Рэ = Рм).

При дальнейшем возрастании нагрузки трансформатора потерями в магнитопроводе можно пренебречь вследствие их от­носительно небольшого значения по сравнению с довольно боль­шими электрическими потерями мощности в обмотках трансфор­матора. Анализ показывает, что при этих условиях КПД трансформатора с увеличением тока нагрузки сверх номинально­го, хотя и незначительно, будет снижаться, что видно из рис. 12.6.

КПД современных трансформаторов весьма высок. С увели­чением номинальной мощности трансформатора КПД растет, причем для мощных трансформаторов он достигает значений по­рядка 98—99%.

Задание по работе

1. Ознакомиться с устройством и паспортными данными од­нофазного трансформатора.

Провести опыт холостого хода исследуемого однофазного трансформатора.

2. Провести опыт холостого хода исследуемого однофазного трансформатора.

3. Осуществить режим нагрузки однофазного трансформато­ра путем включения в его вторичную цепь переменного активно­го сопротивления.

4. Провести опыт короткого замыкания однофазного транс­форматора.

5. На основании полученных экспериментальных данных оп­ределить основные параметры трансформатора й построить его рабочие характеристики.

6. Составить краткие выводы по работе.

Методические указания по выполнению работы

1. Ознакомиться с приборами, аппаратами и оборудованием стенда, используемыми при выполнении работы, и занести в от­чет по лабораторной работе номинальные технические данные исследуемого трансформатора.

2. Провести опыт холостого хода. Для этого:

а) в соответствии с принципиальной схемой рис. 12.7 собрать электрическую цепь для проведения опыта холостого хода транс­форматора по монтажной схеме рис. 12.8; питание электрической цепи осуществлять от регулируемого источника синусоидального напряжения;

б) измерение тока I0, мощности Р0 в первичной обмотке трансформатора при холостом ходе проводить измерительным комплектом К505, а напряжение на зажимах вторичной обмот­ки — цифровым вольтметром В7-22А;

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru

в) установить напряжение на первичной обмотке трансфор­матора равным Номинальному U1 ном и записать показания прибо­ров в табл. 12.1.

Таблица 12.1

Измерения Вычисления
Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru ,B Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru ,Вт n Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru Фт, Вб Вm,Тл R0,Ом Х0,Ом
                   

3. Провести опыт нагрузки трансформатора. Для этого:

а)собрать электрическую цепь, принципиальная схема кото­рой для проведения опыта нагрузки исследуемого трансформато­ра приведена на рис. 12.9; сборку электрической цепи произво­дить в соответствии с монтажной схемой, приведенной на рис. 12.10;

б)в качестве нагрузки к зажимам вторичной обмотки транс­форматора подключить резисторы с переменными и постоянны­ми параметрами, суммарное сопротивление которых рассчитать с учетом того, что ток во вторичной обмотке должен изменяться от I2 = 0,1I2 ном до I2 - (1,2... 1,25) 1I2 ном; U1 = U1 ном = const.

в)измерение тока I1, мощности P1 и напряжения U1 первич­ной обмотки трансформатора проводить измерительным комплектом К505,а измерение тока I2 и напряжения U2 вторичной- обмотки — цифровыми амперметром и вольтметром;

Измерение мощности в трехфазных цепях. - student2.ru

г) установить на первичной обмотке трансформатора номи­нальное напряжение U1 ном и, изменяя сопротивление резистора во вторичной цепи с переменными параметрами, провести пять-шесть измерений при различных токах

Наши рекомендации