Обработка результатов испытания и составление отчета

Этот этап завершает лабораторную работу. Обработку результатов испытания и составление отчетов во внелабораторные часы выполняют все студенты лабораторной бригады. При этом следует иметь в виду, что:

1) обработку результатов испытания необходимо производить строго руководствуясь указаниями и рекомендациями, приведенными в программах по испытанию и в учебных пособиях;

2) отчет должен быть составлен четко, ясно, аккуратно, достаточно подробно и в то же время кратко. Чтобы соблюсти эти требования, необходимо строго придерживаться правил оформления отчета и графиков. Рекомендуется также ознакомиться с плакатом, на котором приведены наиболее характерные ошибки, допускаемые студентами при оформлении отчетов. Этот плакат находится в лаборатории электрических машин.

Учебно-лабораторные занятия студентов по всему циклу испытаний электрических машин завершаются зачетным собеседованием с преподавателем. Во время собеседования студенты должны продемонстрировать следующие умения: организация испытаний электрических машин, работа с измерительной аппаратурой, знание техники проведения экспериментов, обработка результатов испытания. Студенты должны глубоко понимать закономерность и суть физических процессов, происходящих в электрических машинах.

В случае отличной подготовки к занятиям, грамотного и четкого выполнения самих лабораторных работ, своевременного и правильного оформления отчета преподаватель имеет право поставить зачет по лабораторным работам без собеседования.

 

 

Лабораторная работа № 1

Исследование трехфазного
двухобмоточного трансформатора

Цель работы

Ознакомиться с устройством, принципом действия, характеристиками силового трансформатора и методами экспериментального определения параметров схемы замещения.

 

Краткие теоретические сведения

Опыт холостого хода

Опыт холостого хода проводится с целью определения тока и потерь холостого хода. В опыте холостого хода определяют коэффициент трансформации и по данным опыта находят параметры контура ветви намагничивания схемы замещения.

Коэффициентом трансформации называется отношение ЭДС, наводимых в первичных и вторичных обмотках трансформатора основным магнитным потоком:

.

Практически ГОСТ 11920–85Е определяет коэффициент трансформации как отношение фазных напряжений на зажимах двух обмоток в опыте холостого хода:

.

Током холостого хода называется ток первичной обмотки трансформатора, возникающий в режиме холостого хода при номинальном напряжении на его зажимах. Потери, возникающие в трансформаторе при этом токе, называются потерями холостого хода. На рис. 1 приведены характеристики холостого хода трансформатора ТСЗИ-2,5/0,4. Характер кривой тока  определяется изменением его реактивной составляющей , создающей основной магнитный поток в трансформаторе. Активная составляющая тока в режиме холостого хода невелика. При напряжении, значительно меньшем по сравнению с номинальным, магнитная система не насыщена ( и зависимость тока от напряжения прямолинейна.

Рис. 1. Характеристики холостого хода трансформатора ТСЗИ-2,5/0,4

По мере насыщения магнитной системы магнитная проводимость падает, реактивная составляющая тока холостого хода  растет быстрее повышения напряжения и кривая отгибается к оси ординат.

Мощность , потребляемая трансформатором в режиме холостого хода, идет в основном на компенсацию потерь в стали (потери на гистерезис и вихревые токи), так как потери в меди при этом ничтожно малы  Потери в стали пропорциональны квадрату индукции и частоте в степени 1/3.

В режиме холостого хода частота остается постоянной, индукция же в магнитопроводе изменяется пропорционально подводимому напряжению, поэтому потери в стали практически пропорциональны квадрату подводимого напряжения, следовательно, характеристика  представляет собой параболу ().

Характер кривой объясняется соотношениями

.

При малом насыщении магнитной системы  по мере ее насыщения ток  резко возрастает за счет увеличения реактивной составляющей и  уменьшается.

На рис. 2 показана однофазная схема замещения трансформатора для режима холостого хода. Согласно этой схеме по данным опыта определяют параметры холостого хода:

;

;

,

где , – фазные значения.

Поскольку ток холостого хода мал, то можно, не сделав ошибки, пренебречь потерями в меди и считать, что все измеренные потери являются магнитными.

Падение напряжения на индуктивном сопротивлении рассеяния в первичной обмотке  мало по сравнению с , и им можно пренебречь. На основании сказанного можно считать:

; ; .

Вследствие нелинейной зависимости между напряжением и током при холостом ходе  значения , ,  не являются постоянными для данного трансформатора и изменяются с изменением напряжения . В практике принято рассчитывать эти величины для номинального значения напряжения трансформатора .

Коэффициент мощности при холостом ходе можно подсчитать по формуле

.

 

Рис. 2. Схема замещения трансформатора в режиме холостого хода

По опытным данным могут быть также определены активная и реактивная составляющие тока холостого хода:

; .

Соответственно в процентном содержании

 

;

.

Опыт короткого замыкания

Опыт короткого замыкания проводится с целью определения напряжения и потерь короткого замыкания трансформатора. По данным опыта находят параметры схемы замещения (активные сопротивления и индуктивные сопротивления рассеяния первичной и вторичной обмоток).

Согласно ГОСТ напряжением короткого замыкания двухобмоточного трансформатора называется напряжение, которое надо подвести к одной из обмоток при замкнутой накоротко второй обмотке, чтобы в них установились номинальные токи.

Обычно значение напряжения короткого замыкания  выражается в процентах от номинального напряжения той обмотки, со стороны которой проводились измерения в опыте:

 

.

 

Процентное значение номинального напряжения короткого замыкания для трансформаторов общего назначения лежит в пределах 5–10 % и указывается на щитке трансформатора. Активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания также выражаются в процентах от номинального напряжения:

 

;

.

Характеристики короткого замыкания трансформатора ТСЗИ-2,5/0,4 показаны на рис. 3. При весьма слабом магнитном насыщении трансформатора, что имеет место при опыте короткого замыкания, зависимость  и  в пределах от нуля до номинального значения тока прямолинейны. Значение  определяют по формуле

.

Uк, В

Р k, Вт

I к, A

Рис. 3. Характеристики короткого замыкания трансформатора
ТСЗИ-2,5/0,4

Потери в трансформаторе в опыте короткого замыкания состоят из электрических потерь в обмотках и магнитных потерь в стальном сердечнике. Поскольку опыт проводится при пониженном напряжении, потери в стали малы и ими можно пренебречь. Мощность, потребляемая трансформатором в режиме короткого замыкания, с достаточной точностью может быть принята равной сумме электрических потерь обмоток:

Однофазная схема замещения трансформатора в режиме короткого замыкания показана на рис. 4, а. Так как , то схема, представленная на рис. 4, a, может быть заменена другой схемой (рис. 4, б).

Параметры этой схемы подсчитываются по формулам

;

;

.

Определенное из опыта значение активного сопротивления приводят к , которая считается средней температурой обмоток в эксплуатации и называется номинальной рабочей температурой обмоток:

,

где – температурный коэффициент сопротивления обмоток; – температура обмоток в момент проведения опыта, .

 

а)

б)

Рис. 4. Схема замещения для режима короткого замыкания

 Внешние характеристики трансформатора

Внешняя характеристика трансформатора представляет собой зависимость вторичного напряжения от вторичного тока при постоянном напряжении  и постоянном коэффициенте мощности нагрузки . Примерный вид внешних характеристик показан на рис. 5. Напряжение на зажимах трансформатора из-за наличия в его обмотках активных () и индуктивных () сопротивлений при изменении величины нагрузки изменяется. Вызываемое наличием нагрузки изменение вторичного напряжения характеризуется процентным изменением вторичного напряжения, под которым понимается

,

где – вторичное напряжение трансформатора при холостом ходе; – вторичное напряжение трансформатора при нагрузке.

Рис. 5. Внешние характеристики трансформатора
при различном характере нагрузки

Для более точного определения следует рассчитывать по формуле

,

где  – коэффициент нагрузки трансформатора; – коэффициент мощности вторичной цепи.

Обычно при номинальной нагрузке составляет 4–5%.

Напряжение на зажимах вторичной обмотки

.