Uploaded by gasij85276

Лабораторная работа № 1

advertisement
Цели работы:
1) Изучить устройство и принцип действия силового трансформатора;
2) Освоить методики моделирования, опытного определения и расчёта параметров
трансформатора из опытов холостого хода и короткого замыкания.
Задание:
Таблица 1.1 – Варианты исследуемых трансформаторов
№
вар.
Тип
трансформатора
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10(0)
ОСМ-160/0,22/0,024
ОСМ-160/0,22/0,048
ОСМ-250/0,22/0,036
ОСМ-400/0,22/0,012
ОСМ-400/0,22/0,036
ОСМ-630/0,22/0,036
ОСМ-100/0,38/0,012
ОСМ-250/0,38/0,036
ОСМ-400/0,38/0,036
ОСМ-630/0,38/0,012
Sн,
ВА
Паспортные данные
U1н,
U2н,
i0 ,
В
В
%
uк,
%
P0*,
Вт
160
160
250
400
400
630
100
250
400
630
220
220
220
220
220
220
380
380
380
380
7
7
5,5
4,5
4,5
3,5
9
5,5
4,5
3,5
1,5
1,5
2,2
3,2
3,2
5,0
1
2,2
3,2
5,0
24
48
36
12
36
36
12
36
36
12
23
23
22
20
20
19
24
22
20
19
Примечание* – условно-расчётные величины: P0 – магнитные потери; PЭ –
электрические потери
Вариант №7:
Тип трансформатора - ОСМ-0,1/0,38/0,012
Sн – 0,1 кВА;
U1н – 0,38 кВ;
U2н – 0,012 кВ;
i0% – 24 %
u к% – 9 %
P0 – 1 Вт;
Pэ – 3 Вт.
Pэ*,
Вт
4,2
4,2
6,0
7,5
7,5
12
3
6,0
7,5
12
Ход работы:
1. Определим количество витков первичной обмотки w1:
𝑈
1н
𝑤1 = 4,44𝑓𝐵
м 𝑆м
где
=
380
4,44∗50∗1,3∗0,00054
= 2438 витков.
U1н – номинальное напряжение первичной обмотки, В;
f – промышленная частота, Гц;
Вм – магнитная индукция в магнитопроводе (рекомендуемая величина
при мощности Sн < 16 кВА, равная 1,3 Тл);
Sм – площадь поперечного сечения сердечника, м2, определяемая по
выражению
𝑆м = 𝑘 ⋅ 0,8𝑑 2 = 0,75 ⋅ 0,8 ⋅ 0,033 = 0,00054м2,
здесь k = 0,75 – коэффициент заполнения железом магнитопровода;
𝑑 = 0,055 ⋅ 4√𝑆н = 0,055 ⋅ 4√0,1 = 0,03 м, (Sн – номинальная мощность
трансформатора, кВА).
2. Определим активное сопротивление первичной обмотки R1:
𝑅1 = 𝑅к ⁄2, Ом,
2
где 𝑅к = Рэ ⁄𝐼1н
– активное сопротивление катушки в режиме короткого
замыкания. Ток I1н можно определить следующим образом
𝐼1н = 𝑆н ⁄𝑈1н = 100⁄380 = 0,2632А.
Тогда
2
𝑅к = Рэ ⁄𝐼1н
= 3⁄0,26322 = 43,31Ом.
Вычислив активное сопротивление первичной обмотки R1, получим:
𝑅1 = 𝑅к ⁄2 = 43,31⁄2 = 21,65 Ом.
3. Вычислим индуктивность рассеяния первичной обмотки L1:
𝐿1 = 𝑋1 ⁄2𝜋𝑓,
где 𝑋1 = 𝑋к ⁄2, здесь Xк – реактивное сопротивление обмотки в режиме
короткого замыкания, равное
𝑋к = √𝑍к2 − 𝑅к2 .
Полное
сопротивление
катушки
Zк
при
коротком
замыкании
определится
𝑍к = 𝑈к ⁄𝐼1н .
В свою очередь
𝑈к = 𝑢к 𝑈1н ⁄100,
Выполнив последовательно расчёты, получим:
𝑈к = 𝑢к 𝑈1н ⁄100 = 9 ⋅ 380⁄100 = 34,2 В;
𝑍к = 𝑈к ⁄𝐼1н = 34,2⁄0,2632 = 129,9 Ом;
𝑋к = √𝑍к2 − 𝑅к2 = √1302 − 34, 22 = 124,4 Ом;
𝑋1 = 𝑋к ⁄2 = 124,4⁄2 = 62,2 Ом;
𝐿1 = 𝑋1 ⁄2𝜋𝑓 = 62,2⁄2 ⋅ 3,14 ⋅ 50 = 0,198 Гн.
4. Определим количество витков вторичной обмотки w2:
𝑤2 = 𝑤1 ⁄𝑘12 =
2438
31,666
= 77 витков.
где k12 – коэффициент трансформации, определяемый из выражения
𝑘12 = 𝑈1н ⁄𝑈2н = 380⁄12 = 31,666.
5. Найдем активное сопротивление вторичной обмотки R2:
2
𝑅1 ⁄𝑅2 = (𝑈1 /𝐼1 )⁄(𝑈2 /𝐼2 ) = 𝑘12
.
Выполнив расчёты, получим:
2
𝑅2 = 𝑅1 ⁄𝑘12
= 21,65⁄31,6662 = 0,0216 Ом.
6. Индуктивность рассеяния вторичной обмотки будет:
2
𝐿2 = 𝑋1 ⁄(2𝜋𝑓 ⋅ 𝑘12
) = 62,2⁄(2 ⋅ 3,14 ⋅ 50 ⋅ 31,6662 ) = 0,0002 Гн.
7. Площадь поперечного сечения сердечника (определена в п.1)
Sм = 0,00054 м2
8. Длина средней магнитной силовой линии в сердечнике:
𝑙м = 𝐼0 𝑤1 ⁄𝐻1,3 = 0,063 ⋅ 2438⁄190 = 0,808 м,
где
𝐼0 = 𝑖0 𝐼1н ⁄100 = 24 ⋅ 0,2632⁄100 = 0,063 А;
H1,3=190 А/м – напряжённость магнитного поля для электротехнической стали
марки 3411 при Вм = 1,3 Тл (по кривой намагничивания).
9. Проведение опыта холостого хода
Установлено
Измерено
Вычислено
f,
U1н,
U1.0, U2.0, I1.0,
Pх,
k12
i 0,
Z0,
R0,
X0,
В
Гц
В
В
А
Вт
%
Ом
Ом
Ом
380
50 219,8 6,887 0,026 0,895 31,959 9,9 8454,8 1323,9 8349,5
Вычислим параметры по измеренным величинам трансформатора:
𝑘12 = 𝑈1.0 ⁄𝑈2.0 = 220,1⁄6,887 = 31,959;
𝑖0 % =
𝐼1.0
𝐼1н
⋅ 100% =
0,026
0,2632
= 9,9%;
2
𝑅0 = 𝑃0 ⁄𝐼1.0
= 0,895⁄0,0262 = 1323,9 Ом;
𝑍0 = 𝑈1.0 ⁄𝐼1.0 = 219,8⁄0,026 = 8454,8 Ом;
𝑋0 = √𝑍02 − 𝑅02 = √8454, 82 − 1323, 92 =8349,5 Ом;
2
𝑃0 = 𝐼1.0
⋅ 𝑅0 = 0, 0262 ⋅ 1323,9 = 0,9Вт.
P0,
Вт
0,9
10. Проведение опыта короткого замыкания
Установлено
Е = Uк,
В
32,4
Измерено
Uк,
В
34,2
Вычислено
I1н,
I2н,
Pк,
В
А
Вт
0,256 8,042 2,871
uк
%
9
Z к,
Rк,
Xк,
Ом
Ом
Ом
133,59 43,808 126,2
Определим параметры по измеренным величинам трансформатора:
𝑢к % =
𝑈к
𝑈1н
𝑍к =
𝑅к =
𝑈к
𝐼1н
𝑃к
2
𝐼1н
⋅ 100 =
=
=
34,2
0,256
2,871
0,2562
34,2
380
⋅ 100 = 9 %;
= 133,59 Ом;
= 43,808 Ом;
𝑋к = √𝑍к2 − 𝑅к2 = √133,592 − 43,8082 =126,2 Ом;
2
𝑃э = 𝐼1н
𝑅к = 0,2562 ⋅ 43,808 =2,871 Вт.
Pэ,
Вт
2,871
ОТЧЁТ
студента Селиверстов С.В. уч. гр. (№ договора) 141531/04
по лабораторной работе № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ХОЛОСТОГО ХОДА И КОРОТКОГО
ЗАМЫКАНИЯ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Цель работы:
1) Изучить устройство и принцип действия силового трансформатора;
2) Освоить методики моделирования, опытного определения и расчёта параметров
трансформатора из опытов холостого хода и короткого замыкания.
1 Протокол испытаний
Таблица В.1 – Паспортные данные трансформатора
Тип
Sн, кВА
U1н, В
U2н, В
i 0, %
uк, %
ОСМ-01/0,38/0,012
0,100
380
12
24
9,0
1.1 Опыт холостого хода трансформатора
Рисунок А.1 – Схема опыта холостого хода трансформатора
Таблица А.2 – Результаты испытаний холостого хода трансформатора
Установлено
Измерено
Вычислено
f,
U1н,
U1.0, U2.0, I1.0,
Pх,
k12
i 0,
Z0,
R0,
X0,
В
Гц
В
В
А
Вт
%
Ом
Ом
Ом
380
50 219,8 6,887 0,026 0,895 31,959 9,9 8454,8 1323,9 8349,5
P0,
Вт
0,9
Вычисление параметров по измеренным величинам трансформатора:
𝑘12 = 𝑈1.0 ⁄𝑈2.0 = 220,1⁄6,887 = 31,959;
𝑖0 % =
𝐼1.0
𝐼1н
⋅ 100% =
0,026
0,2632
= 9,9%;
2
𝑅0 = 𝑃0 ⁄𝐼1.0
= 0,895⁄0,0262 = 1323,9 Ом;
𝑍0 = 𝑈1.0 ⁄𝐼1.0 = 219,8⁄0,026 = 8454,8 Ом;
𝑋0 = √𝑍02 − 𝑅02 = √8454, 82 − 1323, 92 =8349,5 Ом;
2
𝑃0 = 𝐼1.0
⋅ 𝑅0 = 0, 0262 ⋅ 1323,9 = 0,9Вт.
1.2 Опыт короткого замыкания трансформатора
Рисунок А.1 – Схема опыта короткого замыкания трансформатора
Таблица А.3 – Результаты испытаний короткого замыкания трансформатора
Установлено
Е = Uк,
В
32,4
Uк,
В
34,2
Измерено
I1н,
I2н,
Pк,
В
А
Вт
0,256 8,042 2,871
uк
%
9
Вычислено
Z к,
Rк,
Xк,
Ом
Ом
Ом
133,59 43,808 126,2
Pэ,
Вт
2,871
Вычисление параметров по измеренным величинам трансформатора:
𝑢к % =
𝑈к
𝑈1н
⋅ 100 =
34,2
380
⋅ 100 = 9 %;
𝑍к =
𝑅к =
𝑈к
𝐼1н
𝑃к
2
𝐼1н
=
=
34,2
0,256
2,871
0,2562
= 133,59 Ом;
= 43,808 Ом;
𝑋к = √𝑍к2 − 𝑅к2 = √133,592 − 43,8082 =126,2 Ом;
2
𝑃э = 𝐼1н
𝑅к = 0,2562 ⋅ 43,808 =2,871 Вт.
Мощность суммарных потерь составит:
𝛥𝑃𝛴 = 𝑃0 + 𝑃э = 0,9 + 2,871 = 3,771 Вт.
Вывод:
Таким образом, моделирование опытов холостого хода и короткого
замыкания трансформатора типа ОСМ-0,1/0,38/0,012 показало, что суммарные
потери мощности составляют 3,771 Вт, из которых магнитные потери P0 –
0,9 Вт, электрические потери Рэ – 2.871 Вт.
Download