41722

Подготовка и проведение измерений с помощью электронного мультиметра

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Испытание однофазного трансформатора при работе под нагрузкой Методическое указание Самара Самарский государственный технический университет 2008 Печатается по решению Редакционно-издательского совета СамГТУ УДК621. 313 Испытание однофазного трансформатора при работе под нагрузкой: метод. Содержат практические рекомендации по экспериментальным методам определения основных характеристик однофазного трансформатора по обработке опытных данных и оформлению отчетов а также контрольные вопросы. Этот процесс...

Русский

2013-10-24

200.19 KB

10 чел.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

К а ф е д р а «Электромеханика и нетрадиционная энергетика»

Э.Т. ГАЛЯН

Испытание однофазного трансформатора

при работе под нагрузкой

Методическое указание  

Самара

Самарский государственный технический университет

2008

Печатается по решению Редакционно-издательского совета СамГТУ

     УДК621. 313

     Испытание однофазного трансформатора при работе под нагрузкой: метод. указ. к лаб. работе/ Сост. Э.Т. Галян. – Самара; Самар. гос. техн. ун-т, 2008. - 11с.: ил.

      Содержат практические рекомендации по экспериментальным методам определения основных характеристик однофазного трансформатора, по

обработке опытных данных и оформлению отчетов, а также контрольные вопросы.

      Предназначены для студентов обучающихся по специальностям 140601, 140211

   УДК 621.313

Составитель канд. техн. наук Э.Т. Галян

Рецензент канд. техн. наук В.В. Булгаков

                                                                        © Э.Т. Галян, составление, 2008

                                                                      © Самарский государственный

технический университет,2008

ВВЕДЕНИЕ

Передачу электроэнергии на большие расстояния осуществляют при высоком напряжении (до 500 кВ и более), чем обеспечиваются минимальные электрические потери в линиях электропередачи. Поэтому в процессе передачи и распределения электрической энергии приходится неоднократно повышать и понижать напряжение. Этот процесс выполняется посредством электромагнитных устройств, называемых трансформаторами. Трансформатор не является электрической машиной, так как его работа не связана с преобразованием электрической энергии в механическую и наоборот; он преобразует лишь напряжение электрической энергии. Трансформатор представляет собой электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования посредством электромагнитной индукции переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Различают двух-, трех- и многообмоточные трансформаторы по количеству гальванически несвязанных обмоток.

Данное пособие включает лабораторные работы только по двухобмоточным силовым трансформаторам, предназначенным для преобразования электрической энергии в электрических сетях или для непосредственного питания приемников энергии. В двухобмоточном трансформаторе различают обмотку высокого напряжения (ВН) и обмотку низкого напряжения (НН).

ГОСТ предусматривает стандартные обозначения начал и концов фазных обмоток. В однофазных трансформаторах они обозначаются буквами А, Х у обмоток высокого  напряжения, а, ху обмоток низкого напряжения. В трехфазных трансформаторах начала и концы фазных обмоток высокого напряжения соответственно обозначают А, В, С и X, Y, Z, а для обмоток низкого  напряжения — а, b, с и x, y, z. Зажим нейтральной точки при соединении обмоток в звезду обозначается знаком «0».

В зависимости от конструкции магнитопровода трансформаторы делятся на стержневые и броневые. Настоящее руководство включает лабораторную работу, в которой применяются однофазные стержневые трансформаторы и трехфазная трансформаторная группа.

Номинальная мощность трансформаторов Sн определяется в виде его кажущейся мощности, а не активной. Это связано с тем, что потери, а следовательно, и нагрев обмоток и магнитопровода определяются соответственно величинами токов обмоток и приложенного напряжения и не зависят от характера нагрузки.

За номинальное вторичное напряжение U принимается напряжение на зажимах  вторичной обмотки при холостом ходе. Это связано с тем, что вторичное напряжение при номинальной нагрузке зависит от коэффициента мощности (cosφ) нагрузки.

Вторичный номинальный ток — это ток, определяемый из соотношений:

для трехфазного трансформатора (ток и напряжение линейные)

для однофазного трансформатора

Прежде чем приступить к выполнению лабораторной работы необходимо ознакомиться с количеством аппаратуры и характеристикой применяемых блоков, представленных в табл.1 и 2.

Подготовка и проведение измерений с помощью электронного мультиметра

Для измерения трех базовых электрических величин (тока, напряжения и омического сопротивления) используется мультиметр. До его подключения к цепи необходимо выполнить следующие операции:

установить род тока (постоянный/переменный);

выбрать диапазон измерений соответственно ожидаемому результату измерений;

правильно подсоединить зажимы мультиметра к измеряемой цепи.                                      

                                                                  

Присоединение мультиметра                                                                               

(как вольтметра) для измерения                

напряжения                                                

Присоединение мультиметра  (как  амперметра) для измерения тока

                                                 

Присоединение мультиметра (как омметра) для измерения омического сопротивления

                 

Таблица 1

Описание и технические характеристики функциональных блоков

Наименование и описание

Параметры

Код

Ширина, мм

1

2

3

4

Емкостная нагрузка

Предназначена для моделирования однофазных и трехфазных источников реактивной мощности. Регулируется вручную.

220 В  
50Гц

3х0…40 Вар

317.2

285

Регулируемый автотрансформатор
Предназначен для получения регулируемого однофазного напряжения промышленной частоты. Регулируется вручную.

220 / 0..240 В

318.1

190

Реостат
Предназначен для изменения активного сопротивления электрической цепи. Регулируется вручную.

20..100 Ом  
1 А

323.2

285

Индуктивная нагрузка

Предназначена для моделирования однофазных и трехфазных потребителей реактивной мощности. Регулируется вручную.

220 В
50Гц

3х0…40 Вар

324.2

285

Коннектор

Предназначен для обеспечения удобного доступа к входам/выходам платы ввода/вывода данных PCI 6023E (PCI 6024E) персонального компьютера.

8 аналоговых
диф. входов;

2 аналоговых
выхода;

8 цифровых
входов/выходов

330

285

Трехфазная трансформаторная группа

Предназначена для преобразования энергии однофазного/трехфазного тока. Коэффициент трансформации регулируется вручную.

380 ВА

230 В/242,235, 230, 226, 220, 133, 127 В

347.1

285

Блок измерительных трансформаторов тока и напряжения

Предназначен для получения нормированных гальванически не связанных с сетью сигналов, пропорциональных синусоидальным токам и напряжениям промышленной частоты.

3 трансформатора напряжения 600/3В;
3 трансформатора тока 0,3 А/3 В

401.1

142,5

Измеритель мощностей

Предназначен для измерения активной и реактивной мощностей в однофазной цепи, и отображения их в аналоговой форме. Имеет выходные гнёзда для подключения к ПЭВМ.

15; 60; 150; 300; 600 В

0,05; 0,1; 0,2; 0,5 А.  

507.2

285

Блок мультиметров

Предназначен для измерения токов, напряжений и омических сопротивлений в цепях постоянного или синусоидального токов.

3 мультиметра
MY-60

508.2

285

Персональный компьютер

Предназначен для сбора, обработки и отображения режимных параметров процессов, моделируемых на комплекте лабораторного оборудования.

Windows, плата PCI 6023E
(PCI 6024E)

550

Испытание однофазного трансформатора

при работе под нагрузкой

Цель работы – овладение практическими навыками экспериментального определения характеристик и изучение устройства, конструкции и принципа работы однофазного трансформатора

Программа работы

  1. Ознакомиться с устройством трансформатора.
  2. Снятие внешней характеристики трансформатора при его работе с активной нагрузкой.
  3. Снятие внешней характеристики трансформатора при его работе с индуктивной нагрузкой.
  4. Снятие внешней характеристики трансформатора при его работе с емкостной нагрузкой.
  5. Пользуясь результатами опытов, выполнить следующие расчеты и построения:

а) определить параметры трансформатора и нанести их на электрическую схему замещения;

б) по известным параметрам схемы замещения рассчитать зависимость КПД от нагрузки и внешнюю характеристику трансформатора для всех видов нагрузок и сопоставить их на общих координатных осях с соответствующими опытными характеристиками (п. 2,3,4);

в) построить векторные диаграммы трансформатора при работе со всеми видами нагрузок.

Паспортные данные испытуемого однофазного трансформатора:

Номинальная мощность трансформатора                        Sн = 80 ВА;

Номинальное первичное напряжение                              U=220 В;

Номинальное вторичное напряжение                               U=127В;

Номинальный вторичный ток                                            I = 0,134А;

Сечение сердечника                                                            Пс =  

1. Снятие и определение внешней характеристики U2=f(I2) трансформатора при его работе с активной (рис.1а), индуктивной(рис.1б) и емкостной(рис.1в) нагрузках

  1. Электрическая схемы соединений
  2. Перечень аппаратуры
  3. Описание электрической схемы соединений
  4. Указания по проведению эксперимента

а)

б)

в)

Рис.1. Схема для испытания однофазного трансформатора при различных нагрузках: а – активной; б – индуктивной; в – емкостной.

Таблица 2

Перечень аппаратуры

Обозначение

Наименование

Тип

Параметры

А1

Регулируемый автотрансформатор

318.1

~ 0…240 В  / 2 А

А2

Трёхфазная трансформаторная группа

347.1

380 ВА;

230 В/242,235, 230, 226, 220, 133, 127 В

А3

Блок измерительных трансформаторов тока и напряжения

401.1

3 трансформатора напряжения

600 В / 3 В;

3 трансформатора тока

0,3 А / 3 В

А4

Коннектор

330

8 аналог. диф. входов;

2 аналог. выходов;

8 цифр. входов /

выходов

А5

Персональный компьютер

550

IBM совместимый,

 Windows 9*,

монитор, мышь, клавиатура,

плата сбора информации

PCI-6023E 

(PCI-6024E)

А13

Реостат

323.2

2×0…100 Ом / 1 А

А15

Индуктивная нагрузка

324.2

220 В / 30…40 ВАр;

А16

Емкостная нагрузка

317.2

220 В / 30…40 ВАр;

Р1, Р2

Измеритель мощностей

507.2

15; 60; 150; 300; 600 В /

0,05; 0,1; 0,2; 0,5 А.  

Р3, Р4

Блок мультиметров

508.2

3 мультиметра

0...1000 В  /

0...10 А  /

0…20 МОм

Описание электрической схемы соединений

Для проведения опыта в работе используется аппаратура табл.2. Записать параметры, применяемого оборудования, представленные в табл.3.

Автотрансформатор А1 используется в качестве регулируемого источника синусоидального напряжения промышленной частоты.

Один из однофазных трансформаторов трехфазной трансформаторной группы  А2 является испытуемым.

С помощью мультиметров блока Р1 контролируются ток и напряжение первичной обмотки испытуемого трансформатора.

С помощью измерителя Р2 контролируются активная и реактивная мощности, потребляемые испытуемым трансформатором.

Группы А13, А15, А16 представляют собой реостат,  индуктивную и емкостную нагрузки.

Указания по проведению эксперимента

Режим работы под нагрузкой - это режим при включении активного сопротивления, емкости или индуктивности ко вторичной обмотке. Для проведения опыта в работе используется аппаратура (табл.2). Записать параметры, применяемого оборудования, представленные в табл.2.

Собрать схемы для испытания трансформатора при активной (рис.1а), индуктивной (рис.1б) и емкостной (рис.1в) нагрузках. Реостат А13 служит для регулирования тока нагрузки во вторичной обмотке испытуемого трансформатора.

С помощью измерителей Р1, Р2 контролируются активные и реактивные мощности соответственно первичной и вторичной обмоток  трансформатора.

С помощью мультиметров блоков Р3, Р4 контролируются напряжения и токи соответственно первичной и вторичной обмоток испытуемого трансформатора.

  1.  Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.
  2.  Соедините гнезда защитного заземления "" устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" автотрансформатора А1.
  3.  Соедините электрическим шнуром приборную вилку электропитания «220В» автотрансформатора А1 с розеткой однофазной трехпроводной электрической сети питания напряжением 220 В.
  4.  Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.
  5.  Поверните регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 в крайнее против часовой стрелки положение.
  6.  В трехфазной трансформаторной группе А2 переключателем установите желаемое номинальное вторичное напряжение трансформатора, например, 127 В.
  7.  Включите выключатели «СЕТЬ» блока мультиметров Р3, Р4 и автотрансформатора А1.
  8.  Активизируйте мультиметры блока Р3, Р4, задействованные в эксперименте.
  9.  Вращая регулировочную рукоятку автотрансформатора А1, выставьте напряжение U1 на его выходе (выводах первичной обмотки испытуемого однофазного трансформатора) равным, например 220 В.
  10.  Измерьте с помощью мультиметра блока  Р1 напряжение U2  на выводах вторичной обмотки испытуемого однофазного трансформатора.
  11.  Отключите выключатели «СЕТЬ» блока мультиметров Р1 и автотрансформатора А1.
  12.  Увеличивая нагрузку трансформатора А13, А15, А16 от холостого хода до номинального значения, записывают показания приборов в табл.3, 4, 5.

Таблица 3

Опытные и расчетные данные работы однофазного

трансформатора при активной нагрузке

Измерение

Расчет

U1, В

I1, мА

P1, Вт

Q1, Вт

U2, В

I2, мА

P2, Вт

Q2, Вт

cos 2

Таблица 4

Опытные и расчетные данные работы однофазного

трансформатора при индуктивной нагрузке

Измерение

Расчет

U1, В

I1, мА

P1, Вт

Q1, Вт

U2, В

I2, мА

P2, Вт

Q2, Вт

cos 2

Таблица 5

Опытные и расчетные данные работы однофазного

трансформатора при емкостной нагрузке

Измерение

Расчет

U1, В

I1, мА

P1, Вт

Q1, Вт

U2, В

I2, мА

P2, Вт

Q2, Вт

cos 2

2. Расчеты и построения.

А. Для построения расчетной зависимости необходимо задаться рядом значений S2 (см. краткие сведения) от нуля до номинальной мощности и для каждого значения вычислить КПД по формуле

                                              (1)

где - коэффициент нагрузки; p01 -потери халостого хода из табл.1,2(предыдущей лабораторной работы) для U01=U; pk1 - потери короткого замыкания для I1k=I1н.

Для построения расчетной внешней характеристики U2=f(I2) необходимо задаться рядом значений вторичных токов от нуля до номинального и для каждого из них рассчитать изменение вторичного напряжения

                                            (2)

здесь параметры схемы замещения, приведенные ко вторичной обмотке.

Таким образом, для каждого значения I2

                                                                               (3)

Полученные расчетные характеристики =f(P2) и U2=f(I2) сопоставить с  соответствующими опытными характеристиками на общих  координатных плоскостях (P2=kнSнcos2).

Б.  Для  построения  векторной диаграммы трансформатора необходимо задаться вторичным напряжением U2 величиной (I2, cos2, знак 2) при различном характере натрузки.

В качестве исходного принимаем вектор приведенного вторичного напряжения

                                                                                     (4)

который откладывается в выбранном масштабе напряжений по вертикали вниз (рис.1.7).

Дальнейший порядок построения следующий.

Откладывают в выбранном масштабе токов

                                    (5)

под углом 2 к вектору . Графически получают из уравнения                                     (6)

Рис.2. Векторная диаграмма

однофазного трансформатора

Произвольной величины проводят  вектор магнитного потока сердечника Фm, опережающий       на  угол  2 и вектор — . Определяют  ток  холостого  хода    I01     из  табл.4 (предыдущая лабораторная работая)  для   и откладывают  его под углом 0  к вектору  –  . Находят  вектор  первичного тока

.                                                   (7)

Вычисляют вектор первичного  напряжения из уравнения

                                                               (8)

Пример построения векторной диаграммы дан на рис. 2  для одного вида нагрузки.

Аналогично построить векторные диаграммы для всех видов нагрузок трансформатора.

Содержание отчета

Отчет оформляется на листах формата А4 и должен содержать:

  1. Титульный лист по форме рис.3;
  2. Название работы;
  3. Программу работы;
  4. Параметры исследуемого объекта и применяемого оборудования;
  5. Общие сведения об объекте исследования;
  6. Схемы испытания;
  7. Данные испытаний и расчета;
  8. Построенные в координатных осях, необходимые графики;
  9. Выводы или ответы на контрольные вопросы(по указанию преподавателя).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

  1.  1. Копылов И.П. Проектирование электрических машин.:Уч.для вузов/ И.П. Копылов и др. 3-е  изд. М.: Высш. шк., 2002,-757 с.

2. Копылов И.П. Электрические машины.:М.:Высш. шк., 2000,-607 с.

    3. Проектирование электрических машин. Под ред. Гольдберга О.Д.,2-е изд. М.: Высш. шк., 2001,-430 с.

Контрольные вопросы

1. Устройство трехфазного трансформатора.

2. Обозначение начал и концов фазных обмоток по ГОСТ.

3. Соотношение между фазными и линейными величинами токов и напряжений в зависимости от схемы соединения трехфазной обмотки.

4.Условия включения трехфазных трансформаторов на параллельную работу.

5.  Факторы, влияющие на относительный сдвиг по фазе ЭДС первичной и вторичной обмоток.

6.  Понятие о группе соединения трансформатора и ее характеристика расположением стрелок на часовом циферблате.

7.  Один из двух трехфазных трансформаторов (I и II) с одинаковыми    коэффициентами    трансформации    фазных    напряжений К=П//172 соединен по схеме У/У—О. Параметры схемы замещения трансформаторов, приведенные к первичной обмотке, соответственно хК1, гК1 и хкп, гкп. Определите уравнительные токи в первичных и вторичных обмотках трансформаторов при их параллельной работе,  если  второй трансформатор соединен по схеме Г/7—2; У/У— 4; У/У—б и т.д.

8.   При каких условиях нагрузка между параллельно работающими трансформаторами распределяется пропорционально их номинальным мощностям?

9.  Какие группы соединения может иметь трехфазный трансформатор ? Однофазный трансформатор?

10.  Изменяется ли группа соединения трансформатора при изменении направления передачи энергии? Ответ обосновать.

Р и с.3. Титульный лист.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

46710. Классификация ЧС 26.88 KB
  Антропогенные ЧС это аварии и катастрофы на химических биологически и радиационноопасных объектах соответственно ХОО БОО и РОО крушения поездов и аварии на транспорте интенсивные загрязнения воды почв и воздуха. К I категории относят: СБ охватывающие территории превышающие административные границы района города и причинившие народнохозяйственный ущерб; аварии приводящие к полной или частичной остановка производства с большим материальным ущербом и гибелью производственного персонала; аварии с возможным выбросом в ОС РВ и...
46712. Загальновживані слова. Свідоме й критичне використання жаргонізмів і діалектизмів у різних комунікативних сферах 27 KB
  Загальновживані слова. За сферою вживання слова в українській мові поділяють на загальновживані й незагальновживані. Загальновживані слова це слова уживання яких не обмежене ні діалектними ні професійними межами; вони вживаються всіма носіями мови. Незагальновживані слова це слова уживання яких обмежене сферою спілкування та поширенням.
46713. Розробка проекту модернізації локальної комп’ютерної мережі для Васловіського Навчально-Виховного Комплексу 1.31 MB
  Метою даної дипломної роботи є розробка проекту модернізації локальної комп’ютерної мережі для Васловіського Навчально-Виховного Комплексу, що дозволить покращити роботу таких ланок як «приймальня директора...
46717. Проведение мероприятий по повышению финансовой эффективности предприятия и их последующая оценка 766 KB
  В учебниках и научных статьях категория прибыль неразрывно связывается с категорией дохода, капитала, процента, воздержания, ожидания и многими другими. В практическом же плане прибыль не представляет никакого секрета
46718. Понятие экологического права как самостоятельной отрасли российского права 27.08 KB
  Кодекс Российской Федерации об административных правонарушениях содержит главу 8 административные правонарушения в области охраны окружающей природной среды и природопользования. Экологическое право это отрасль права представляющая собой совокупность норм регулирующих общественные отношения в области рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды. Предмет и метод ЭП Предмет ЭП составляют общественные отношения возникающие при осуществлении хозяйственной и иной деятельности связанной с воздействием на...