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

62089. Основы конституционного строя Российской Федерации 25.53 KB
  Цели урока: образовательные: организация совместной исследовательской деятельности учащихся для самостоятельного изучения ими основных функций органов государственной власти РФ; формирование представлений учащихся об основных функциях органов государственной власти РФ...
62090. Art/Painting 24.43 KB
  Цели урока: Практические: обобщить и систематизировать знания по теме Аrt Pаinting закрепление умений в говорении по теме Аrt Pаinting развитие умений восприятия и понимания иноязычной речи на слух Развивающие: развитие коммуникативных навыков...
62091. Твои игрушки придумал художник 549.61 KB
  Цель урока: Углубление знаний о работе с пластилином через лепку животного Задачи урока: Образовательные Воспитательные Развивающие формирование навыка работы с пластилином передача пропорций и конструкций тела лепка...
62092. Отрасли экономики. Классификация профессий 212.75 KB
  Цели урока: Воспитательная: Воспитывать толерантность по отношению друг к другу; Воспитывать уважительное отношение к труду людей; Образовательная: Ознакомить учащихся с отраслями экономики и классификаций профессий...
62093. Определение первообразной 24.38 KB
  Определение темы цели задач урока Сообщает тему цели и задачи урока. Напоминает определение производной и ее физический смысл на примере задачи о мгновенной скорости используя слайд презентации.
62094. Technology. My own invention 27.7 KB
  So today we will have the last class devoted to topic Technology and of course we couldn’t have used modern gadgets without people who had invented them. So today we’ll talk about famous inventors...
62095. Les régions de la France 18.67 KB
  Цели урока: 1) Образовательные: - формирование коммуникативных компетенций учащихся в различных аспектах языков; - формирование социокультурных знаний и умений; 2) Воспитательные: - повышение культуры речевого общения в процессе овладения принятыми правилами речевого этикета...
62096. Неравенства с одной переменной (с одним неизвестным) 40.42 KB
  Воспитательная: Воспитание целеустремленности организованности ответственности самостоятельности умение общаться. А теперь используя эти определения попробуйте ответить на следующие вопросы.
62097. Полюбуйся, весна наступает! «Как Весна Зиму поборола» (русская сказка) 25.06 KB
  Цель: познакомить учащихся со сказкой Как Весна Зиму поборола совершенствовать навыки чтения; обогащать словарный запас; работать над выразительностью чтения; усовершенствовать умения анализировать сравнивать понимать текст прочитанного способствовать...