Провода фазы А в четырёхпроводной системе

4 Составление отчета

Составить отчет, в котором необходимо:

4.1 Построить для всех семи опытов (таблицы 7.1 и 7.2) векторные диаграммы напряжений и токов (пояснения к построению диаграммы смотри раздел 3.1 «Примеры построения векторных диаграмм»).

4.2 Сделать письменное заключение (выводы) о необходимости нулевого провода и о перераспределении фазных напряжений потребителя при отсутствии нулевого провода, ссылаясь на конкретные строки таблиц и векторные диаграммы (по всем векторным диаграммам).

4.3 При выполнении работы с элементами УИРС в пункте 4.2 дополнительно отразить полученные при этом результаты эксперимента. Провести сравнительный анализ векторных диаграмм с активным и реактивным характером нагрузки в фазах потребителя.

5 Контрольные вопросы

1 Методика работы.

2 Аппаратура и приборы, используемые в работе.

3 Что такое четырех– и трехпроводные системы?

4 Какие напряжения называются фазными и линейными?

5 Каковы соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами при соединении «звездой»?

6 Можно ли ставить предохранитель в нейтральном проводе?

7 Какова зависимость между линейными и фазными напряжениями при несимметричной нагрузке фаз в четырехпроводной системе?

8 Какими формулами выражается полная, активная и реактивная мощность трехфазной цепи?

9 Между какими проводами надо включить электрическую лампочку на напряжение 220 В в сеть трехфазного тока с линейным напряжением 380 В?

10 Построение векторных диаграмм для симметричной и несимметричной нагрузки при соединении приемников «звездой».

11 Что называется однородной и равномерной нагрузками?

12 В чем состоит роль нулевого провода?

6 Рекомендуемая литература

1 Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. М.: Высшая школа, 1999.- с. 104-109, 112.

2 Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. М.: Энергоатомиздат, 1983.

3 Воробьев А.В. Электротехника и электрооборудование строительных процессов. М.: Издательство ассоциации строительных вузов, 1995.- с. 69-78, 82-85.

4 Волынский Б.А., Зейн Е.Н., Шатерников В.Е. Электротехника. М.: Энергостройиздат, 1987.- с. 124-138.

5 Ушев Н.И., Погонышев С.А. Электротехника и электроника. Исследование электрической цепи трехфазного тока с приемниками, соединенными звездой. МУ по выполнению лабораторной работы № 7. Брянск: БГИТА, 2002.

Лабораторная работа №22

Исследование однофазного трансформатора

Цель работы:

изучение устройства и принципа действия трансформатора;

исследование его свойств и параметров путем проведения опытов холостого хода, под нагрузкой и короткого замыкания, построения и анализа рабочих характеристик.

1 Описание установки

На рисунке 22.1 изображена схема экспериментальной установки. Напряжение питания 220 В через выключатель S1 и лабораторный автоматический трансформатор (ЛАТР) ТV1 подводится к измерительному комплекту К-505 (к зажимам «генератор»), в состав которого входят вольтметр, амперметр и ваттметр. К зажимам К–505 «нагрузка» подключается первичная обмотка исследуемого трансформатора ТV2, в качестве которого используется однофазный понижающий трансформатор напряжением 220/127 В или 220/110 В, мощностью 1000 ВА, 800 ВА или 630 ВА.

К зажимам вторичной обмотки трансформатора ТV2 подключается нагрузка – ламповый реостат, который позволяет изменять ток в цепи вторичной обмотки трансформатора от I₂=0 до I₂=1,25I_2ном.

2 Порядок выполнения работы

Перед началом проведения лабораторного эксперимента следует вспомнить, как определяется цена деления приборов комплекта К-505 в зависимости от положения переключателей вольтметра и амперметра.

2.1 Испытание трансформатора под нагрузкой

2.1.1 Ознакомиться с устройством трансформатора, записать его паспортные данные и по ним вычислить номинальный ток вторичной обмотки I_2ном, используя формулу полной мощности.

2.1.2 Ознакомиться с приборами и аппаратурой

2.1.3 Собрать схему согласно рисунку 22.1. Установить рукоятку ЛАТра в начальное положение (вращая ее против часовой стрелки), которое соответствует напряжению на вторичной обмотке ЛАТра, равному нулю.

2.1.4 Установить переключатель вольтметра в положение 300 В, а переключатель амперметра в положение 5 А на панели измерительного комплекта К-505.

2.1.5 После проверки схемы преподавателем включить схему под напряжение. При помощи ЛАТРа установить номинальное напряжение 220 В на первичной обмотке трансформатора TV2.

2.1.6 Увеличивать постепенно нагрузку трансформатора путем включения ламп накаливания в ламповом реостате с помощью многопозиционных переключателей . Изменяя таким способом ток I₂ в пределах I_2ном, провести 5-6 измерений. Используя переключатель амперметра, снять показания всех приборов и занести их в таблицу 22.1.

2.1.7 Отключить нагрузку трансформатора и с помощью ЛАТРа понизить напряжение в первичной обмотке исследуемого трансформатора до нуля.

2.1.8 Отключить схему от сети.

2.1.9 При выполнении работы с элементами УИРС составить и собрать схему «нагрузочного» опыта, подключив (по заданию преподавателя) во вторичную обмотку трансформатора (в качестве нагрузки) активно-индуктивную или активно-емкостную нагрузку. Провести опыты: изменяя только активную нагрузку; изменяя только емкостную нагрузку. Показания записать в заранее составленные таблицы 22.4 и 22.5.

№ опы та

Опытные данные

Расчетные данные

U1

I1

P1

U2

I2

P2

h

b

Cosj1

DU

DPM

SDP = = DPM + DPСТ

В

А

Вт

В

А

Вт

%

Вт

Вт

. . .

Таблица 22.1 – Опыт под нагрузкой

2.2 Опыт холостого хода

2.2.1 Собрать схему согласно рисунку 22.2. Установить рукоятку ЛАТРа в начальное положение (вращая ее против часовой стрелки), которое соответствует напряжению на вторичной обмотке ЛАТРа, равному нулю.

2.2.2 Установить переключатель вольтметра в положение 300В, а переключатель амперметра в положение 5А на панели измерительного комплекта К-505.

2.2.3 После проверки схемы преподавателем включить схему под напряжение и установить с помощью ЛАТРа номинальное напряжение на первичной обмотке исследуемого трансформатора, равное U_1ном=220В. Используя переключатель амперметра, снять показания всех приборов и занести их в таблицу 22.2.

2.2.4 Установить рукоятку ЛАТРа в начальное положение (вращая ее против часовой стрелки), которое соответствует напряжению на вторичной обмотке ЛАТРа, равному нулю.

2.2.5 Отключить схему от сети.

Таблица 22.2– Опыт холостого хода

Опытные данные	Расчетные данные
U1	I10	U20	P10	n		Cosjо
В	А	В	Вт	-	%	-

2.3 Опыт короткого замыкания

2.3.1 Собрать схему согласно рисунку 22.3. Установить рукоятку ЛАТРа в начальное положение (вращая ее против часовой стрелки), которое соответствует напряжению на вторичной обмотке ЛАТРа, равному нулю.

2.3.2 Установить переключатель вольтметра в положение 300В, а переключатель амперметра в положение 5А на панели измерительного комплекта К-505.

2.3.3 После проверки схемы преподавателем включить схему под напряжение.

2.3.4 Осторожно увеличивать при помощи ЛАТРа напряжение на первичной обмотке исследуемого трансформатора от нуля до такого значения, при котором ток во вторичной обмотке этого трансформатора будет равен номинальному, рассчитанному ранее. Используя переключатели амперметра и вольтметра К-505, снять показания всех приборов и занести их в таблицу 22.3.

2.3.5 Отключить схему от сети

2.3.6 Установить переключатель вольтметра в положение 300В, а переключатель амперметра в положение 5А на панели измерительного комплекта К-505.

Опытные данные	Расчетные данные
UK	I1ном	I2ном	PK	ZK	R1	X1	R2	X2
В	А	А	Вт	Ом	Ом	Ом	Ом	Ом	%

Таблица 22.3 - Опыт короткого замыкания

3 Обработка экспериментальных данных

При определении расчетных данных в табл. 22.1, 22.2, 22.3 следует использовать нижеприведенные формулы:

3.1 Коэффициент трансформации ,

где U₁ и U₂₀ – соответственно, напряжение на зажимах первичной и вторичной обмоток в опыте холостого хода.

3.2 Коэффициент мощности трансформатора в режиме холостого хода ,

где Р₁₀ – мощность, потребляемая трансформатором в режиме холостого хода, Вт;

U_1, I₁₀ – напряжение и ток первичной обмотки в режиме холостого хода.

3.3 Активная мощность вторичной обмотки

P₂=U₂I₂^.cosj₂; Вт,

где U₂ и I₂ – напряжение и ток вторичной обмотки;

Сosj₂ – коэффициент мощности вторичной цепи, зависящий от характера нагрузки.

3.4 Коэффициент нагрузки трансформатора .

3.5 Потери мощности в меди обмоток трансформатора DР_мном при номинальной нагрузке (I₂=I_2ном) равны мощности Р_к, потребляемой трансформатором из сети в опыте короткого замыкания: DР_мном=Р_к, Вт.

При нагрузке меньше номинальной (I₂<I_2ном) потери в меди определяются по формуле DР_м= DР_{м ном}^.b², Вт.

3.6 Потери мощности в стали трансформатора определяются в опыте холостого хода. Они равны мощности, потребляемой трансформатором в режиме холостого хода (эти потери не зависят от нагрузки, они пропорциональны квадрату напряжения первичной обмотки): DР_ст=Р_о, Вт.

3.7 Суммарные потери мощности в трансформаторе DP=DР_ст+DP_м.

3.8 Коэффициент полезного действия трансформатора .

3.9 Коэффициент мощности первичной цепи трансформатора Сos φ₁ = P₁/ (U₁ I₁),

где P₁, U₁, I₁ – активная мощность, напряжение и ток первичной обмотки.

3.10 Процентное изменение напряжения для любой нагрузки .

3.11 Сопротивления короткого замыкания

полное Ом; активное Ом; индуктивное Ом,

где I_1ном, U_k, Р_к – ток, напряжение и мощность первичной обмотки в опыте короткого замыкания.

3.12 Сопротивления первичной обмотки

активное Ом; индуктивное Ом,

где R₂¹ и X₂¹ – приведенные сопротивления вторичной обмотки.

3.13 Сопротивления вторичной обмотки

активное Ом; индуктивное Ом,

где n – коэффициент трансформации.

4 Составление отчёта

4.1 По данным таблицы 22.1 построить на одном рисунке рабочие характеристики трансформатора – кривые, характеризующие зависимости:

U₂=f(P_2,илиb); h=f(P_2,илиb); Cosj₁=f(P_2,илиb) при U₁=const.

4.2 Построить на другом рисунке кривые, характеризующие зависимость потерь мощности в трансформаторе от нагрузки:

DP_M=f(P_2,илиb); DP=DP_cm+ DP_M = f(P_2,илиb).

4.3 Дать заключение о пригодности трансформатора к эксплуатации по соображениям фактических значений DU% при условии, что напряжение на нагрузке не должно отклоняться от номинального более чем на 5%.

4.4 Сделать анализ и дать выводы по выполняемой работе. Объяснить причины изменения всех величин, изображенных на графиках.

4.5. При выполнении работы с элементами УИРС по результатам таблиц 22.4 и 22.5 построить внешнюю характеристику трансформатора U₂=f(I₂) и зависимость Cosj₁=f(I₂) при U₁=Сonst. Провести анализ внешних характеристик при различном характере нагрузок трансформатора.

5 Контрольные вопросы

1 Цель и методика выполнения работы.

2 Устройство и принцип действия трансформатора.

3 В чем состоит сущность опыта холостого хода7

4 Как проводится испытание трансформатора под нагрузкой?

5 Как проводится опыт короткого замыкания?

6 Почему в режиме холостого хода магнитопровод трансформатора нагревается, а обмотки нет?

7 Почему в опыте короткого замыкания обмотки трансформатора нагреваются, а магнитопровод нет?

8 Чем отличается опыт короткого замыкания от эксплуатационного (аварийного) короткого замыкания?

9 Как выглядит внешняя характеристики трансформатора? Почему с ростом нагрузки уменьшается напряжение вторичной обмотки?

10 Каковы потери мощности в трансформаторе?

11 Как зависит КПД трансформатора от нагрузки?

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1 Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. М.: Высшая школа, 1999.- с.197-200, 207-216.

2 Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. М.: Энергоатомиздат, 1983.

3 Воробьев А.В. Электротехника и электрооборудование строительных процессов. М.: Издательство ассоциации строительных вузов, 1995.- с. 129-132, 140-141.

4 Волынский Б.А., Зейн Е.Н., Шатерников В.Е. Электротехника. М.: Энергостройиздат, 1987.- с. 295-304, 312-313, 315-316.

5 Алексеев-Мохов С.Н., Мироненко В.И., Сахаров Ю.Г., Ушев Н.И., Методические указания к лабораторным работам по электротехнике. Электрические машины. Часть 3. Брянск: БТИ, 1983.