Моисеева О.В., Малышева О.А. Электротехника и электроника

Подождите немного. Документ загружается.

следовательно, векторы фазных токов должны совпадать по направлению

с векторами соответствующих фазных напряжений нагрузки.

Таблица 8.1

Результаты измерений

Номер

опыта

Режим работы

нагрузки

Измерено

В В В В А А А А

1 Симметричная с нуле-

вым проводом

2 Симметричная без ну-

левого провода

3 Несимметричная с ну-

левым проводом

4 Несимметричная без

нулевого провода

5 Одна фаза отключена

с нулевым проводом

6 Одна фаза отключена

без нулевого провода

7 Короткое замыкание

без нулевого прово-

да

4. Записать выводы по результатам работы.

Контрольные вопросы

1. Какие напряжения и токи называются линейными, фазными? Пока-

зать их на схеме.

2. Чему равно отношение

фл

UU при симметричной нагрузке? Как оно

получается?

3. Объяснить, почему отсутствует напряжение смещения нейтрали в

случаях: а) симметричной нагрузки; б) при 0Z

4. Зависит ли система линейных напряжений на зажимах нагрузки от

режима работы нагрузки?

5. В трехфазной симметричной нагрузке, соединенной по схеме «звез-

да» без нулевого провода, произошло короткое замыкание одной из фаз.

Во сколько раз увеличатся напряжения поврежденной и неповрежденной

фаз нагрузки?

6. Каково назначение нулевого провода?

7. Как определить ток в нулевом проводе, если известны токи в каждой

фазе?

8. Почему в нулевом проводе не устанавливают предохранители?

Лабораторная работа № 9

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ НАГРУЗКИ

ТРЕУГОЛЬНИКОМ

Цель работы: исследование работы трехфазной цепи, соединенной по

схеме «треугольник» с различным характером нагрузки; определение фаз-

ных и линейных токов; определение активной, реактивной и полной мощ-

ностей, потребляемых цепью; построение векторных диаграмм.

Основные теоретические положения

При включении трехфазной нагрузки по схеме «треугольник» ЭДС ге-

нератора равны соответствующим фазным напряжениям:

AAB

= ;

BBC

= ;

CCA

= .

Расчет токов производится с применением символического метода на

основе законов электротехники.

Выражаем фазные напряжения и сопротивления каждой фазы в виде

комплексного числа, в котором действительной частью является активное

сопротивление, а мнимой – реактивное сопротивление

фAB

eUU

;

°−

120j

фBC

eUU

;

120j

фCA

eUU

фi

фiфiфiфi

eZjXRZ

ϕ±

=+=

;

фi

фiфi

XRZ += ;













=ϕ

фi

arctg ,

где индекс фi - обозначение соответствующей фазы АВ, ВС или СА;

модуль комплексного числа полного сопротивления фазы;

– аргумент

комплексного числа полного сопротивления фазы (угол сдвига начальных

фаз векторов тока и напряжения, т.е. угол между векторами тока и на-

пряжения).

Токи в фазах нагрузки определяются из закона Ома:

= ;

= .

Токи в линейных проводах определяются как геометрическая разность

двух фазных токов (согласно первому закону Кирхгофа)

CAABA

III

−= ;

ABBCB

III

−= ;

BCCAC

III

−= .

При соединении нагрузки по схеме «треугольник» линейное напряже-

ние

U равно фазному напряжению нагрузки

U , а линейный ток

I больше фазового тока нагрузки

в 3 раз:

I3 .

−

120

Рис. 9.1. Векторная диаграмма

Построение векторной диа-

граммы токов и напряжений произ-

водится на комплексной плоскости

(рис. 9.1).

Порядок выполнения работы

1. Расчетная часть

К трехфазному источнику с

симметричной системой фазных

напряжений подключены сопротив-

ления по схеме «треугольник»

(рис. 9.2), распределение которых

по фазам приводится в табл. 9.1.

Значения фазного напряжения

активных

, индуктивных

X и ем-

костных

X сопротивлений нагрузок даны в табл. 9.2.Требуется зачертить

схему соединения нагрузок соответствующего характера по схеме «тре-

угольник»; определить фазные

и линейные токи

сим-

волическим методом, активную

, реактивную Q и полную S мощности

цепи; построить векторную диаграмму.

Рис. 9.2. Пример экспериментальной схемы в EWB

Таблица 9.1

Характер нагрузки по фазам

Вариант

Сопротивления в фазах нагрузки

Фаза АВ Фаза ВС Фаза СА

R ,

Таблица 9.2

Исходные данные

Величина

Вариант

1 2 3 4 5 6 7 8 9 0

, В

380 220 220 380 220 380 220 380 220 380

R , Ом

6 4 8 10 11 12 10 11 10 8

X , Ом

4 3 8 9 6 4 8 10 7 5

X , Ом

5 10 8 10 8 16 8 12 8 6

R , Ом

6 8 5 10 9 10 11 10 8 4

X , Ом

6 2 11 12 5 8 4 6 5 11

X , Ом

9 8 6 10 7 12 14 11 12 6

R , Ом

3 5 6 10 8 7 9 6 8 4

X , Ом

5 3 10 5 6 7 8 9 11 4

X , Ом

5 9 7 10 7 11 8 6 4 8

2. Экспериментальная часть

Создать экспериментальную схему в рабочем поле EWB, аналогичную

рис. 9.2, где в фазах выбрать соответствующий характер нагрузки. Источ-

ник симметричного фазного напряжения составить по схеме «звезда».

Установить параметры элементов схемы согласно заданному варианту.

В программе EWB для задания параметров реактивных элементов ис-

пользуются значения индуктивности и емкости, которые можно определить

из исходных данных по следующим формулам:

= , мГн;

Xf2

⋅π

= , мкФ, где 50f

Гц.

Для измерения токов последовательно в линейные провода и фазы

подключить амперметры.

Измерить токи в цепи и сравнить их с расчетными данными. Показания

амперметров должны соответствовать модулям комплексных чисел при

расчете символическим методом.

Построить векторную диаграмму по примеру (рис. 9.1).

3. Сформулировать краткие выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Какие напряжения и токи называются линейными, фазными? Пока-

зать их на схеме.

2. Чему равно отношение

фл

II при симметричной нагрузке? Как оно

получается?

3. Каковы достоинства трехфазной цепи по сравнению с однофазной?

4. Что такое симметричная система ЭДС, токов, напряжений?

5. Чему равна сумма векторов ЭДС симметричной системы?

6. Как соединить обмотки генератора в треугольник?

7. При обрыве линейного провода более надежным будет электро-

снабжение приемников при соединении звездой или треугольником?

8. Если мощность одинакова, но разная схема соединения обмоток

трехфазного двигателя, то потери на нагрев обмоток меньше при каком

соединении: «звезда» или «треугольник»?

Лабораторная работа № 10

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Цель работы: ознакомление с принципом действия и устройством

трансформатора; проведение опытов холостого хода и короткого замыка-

ния; исследование трансформатора в рабочем режиме.

Основные теоретические положения

Трансформатор – это статический аппарат, в котором электромаг-

нитным путем производится преобразование энергии переменного тока

по напряжению. Основные части силового трансформатора промышлен-

ной частоты – это стальной замкнутый сердечник и обмотки, находящие-

ся на стержнях сердечника: первичная, в которую направляется энергия,

и вторичная, с которой энергия поступает в нагрузку.

В результате изменения напряжения в трансформаторах осуществля-

ется возможность передачи энергии на большие расстояния с относи-

тельно малыми потерями и получение необходимых напряжений для лю-

бого электротехнического оборудования.

Степень преобразования напряжения трансформатором характеризу-

ется коэффициентом трансформации, который выражает отношение

электродвижущих сил обмоток высокого напряжения к ЭДС обмоток низ-

шего напряжения, т.е. отношение напряжений при холостом ходе.

Для определения основных параметров трансформаторы подвергают

испытанию. Имеется несколько испытательных режимов:

1. Опыт холостого хода

Холостым ходом трансформатора называется такой режим его рабо-

ты, при котором первичная обмотка включена на номинальное напряже-

ние

н1

U , а вторичная обмотка разомкнута (рис. 10.1).

Рис. 10.1. Схема опыта холостого хода

Режим холостого хода позволяет опытным путем установить следую-

щие характерные для трансформатора величины: а) коэффициент транс-

формации; б) ток холостого хода; в) потери мощности в стали.

Коэффициент трансформации трансформатора

K === , где

W и

W – число витков обмоток.

Мощность

P определяет затраты энергии в пределах трансформато-

ра. Она приблизительно равна потерям в стали, поскольку потери в стали

независимы от нагрузки трансформатора, т.к. при работе трансформатора

магнитный поток почти не меняется. Поэтому

стали0

при любой нагруз-

ке.

При холостом ходе

010

cos =ϕ . Коэффициент мощности нагруженно-

го трансформатора в основном зависит от коэффициента мощности на-

грузки. При холостом ходе

cos

обычно не превышает 0,2 – 0,3.

2. Опыт короткого замыкания

Короткое замыкание трансформатора – испытательный режим, при ко-

тором вторичная обмотка замкнута накоротко, а в первичную включено та-

кое пониженное напряжение, чтобы ток первичной обмотки был равен но-

минальному (рис. 10.2.). Это напряжение, называемое напряжением ко-

роткого замыкания, является одной из постоянных, характеризующих

трансформатор. Обычно оно составляет 5-10 % номинального напряже-

ния.

Рис. 10.2. Схема опыта короткого замыкания

Потери в обмотках трансформатора определяются с помощью опыта

короткого замыкания.

Мощность, затраченная при коротком замыкании, почти целиком рас-

ходуется на нагревание обмоток трансформатора. По мощности потерь

при коротком замыкании можно рассчитать потери в обмотках при любой

нагрузке трансформатора. Для этого потери при замыкании

кз

P относят к

току только первичной обмотки и некоторому условному сопротивлению

кз

R , выражающему пропорциональность между током и мощностью

кз

н1кз

RIP = ,

н1

кз

R = .

Тогда потери в обмотках или потери а меди

p при любой нагрузке на-

ходятся из значения тока

I первичной обмотки:

кз

1м

RIp = .

Также потери в меди можно определить используя коэффициент за-

грузки

н2

н1

нг

K == ;

кз

нг

н1

кз

1кз

1м

IIp === R .

Коэффициент полезного действия трансформатора рассчитывается из

соотношения мощностей, приложенных ко вторичной и первичной обмот-

кам:

∑

−

==η

где

мстали

ppP

∑

- потери мощности в трансформаторе.

3. Рабочий режим

Рабочий режим – это режим работы трансформатора под нагрузкой. В

качестве нагрузки используется ламповый реостат (активная нагрузка).

Постепенным увеличением числа включенных ламп доводят нагрузку до

номинальной и снимают показания приборов в первичной и вторичной об-

мотках трансформатора.

Порядок выполнения работы

1. Собрать рабочую схему для исследования однофазного трансфор-

матора, приведенную на рис. 10.3.

Рис. 10.3. Схема опытного определения параметров трансформатора

2. Записать номинальные данные из паспорта трансформатора:

н1

U ,

н2

U ,

н1

I ,

н2

I .

3. Произвести опыт холостого хода. Для этого отключить все лампы,

подать питание на схему 220 В. Показания всех приборов записать в

табл. 10.1.

Таблица 10.1

Опыт холостого хода

Измерено Вычислено

cos

В А Вт В – Ом Ом Ом – град.

K = ;

Z = ;

R = ;

RZX −= ;

1010

cos =ϕ ;

arccos

4. Исследовать работу трансформатора при различных значениях ак-

тивной нагрузки. Для этого установить напряжение на первичной обмотке

трансформатора 220 В. Включением ламп довести нагрузку до номиналь-

ной и выполнить 5-6 измерений. Показания приборов записать в

табл. 10.2.

Таблица 10.2

Рабочий режим трансформатора

№

опыта

Измерено Вычислено

нг

∑

cos

В А Вт В А – Вт Вт Вт – %

2н

нг

K ;

кз

нгм

PKp = ;

мстали

ppP

∑

;

∑

−

PPP

;

cos =ϕ ;

%100

⋅

−

=⋅

−

=⋅=η

∑

5. Произвести опыт короткого замыкания. Для этого обесточить систе-

му, зажимы лампы замкнуть накоротко, заменить вольтметр V1 на вольт-

метр с пределом 15 В, питание трансформатора перевести на источник

15 В. Показания всех приборов записать в табл. 10.3.

Таблица 10.3

Опыт короткого замыкания

Измерено Вычислено

кз

н1

кз

н2

кз

cos

кз

В А Вт В Ом Ом Ом - град.

н1

кз

Z = ;

н1

кз

R = ;

кз

кзкз

RZX −= ;

н1кз

кз

cos =ϕ ;

кзкз

arccos

Для проведения опыта короткого замыкания на стендах в ауд. 116 не-

обходимо, обесточив стенд, закоротить проводником нагрузку, установить

в первичной обмотке ток короткого замыкания 5 А.

6. На основании расчетов построить в одних координатах графические

зависимости: внешняя характеристика –

(

)

IfU

;

(

)

Ifcos

;

(

)

(

)

IfP

7. Сформулировать краткие выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Каково устройство, принцип действия и область применения транс-

форматоров?

2. Почему трансформаторы применяются только в цепях переменного

тока?

3. В чем состоит опыт холостого хода трансформатора?

4. Что может быть определено из опыта холостого хода?

5. Что показывает КПД трансформатора?

6. Как определяют коэффициент трансформации, коэффициент мощ-

ности и коэффициент загрузки трансформатора?

7. Что такое потери в трансформаторе, от чего они зависят?

8. Каковы меры борьбы с вихревыми токами в трансформаторе?

Лабораторная работа № 11

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В РЕЖИМЕ ГЕНЕРАТОРА

Цель работы: исследование генератора постоянного тока параллель-

ного возбуждения, ознакомление с конструкцией генератора; эксперимен-

тальное подтверждение возможности регулирования напряжения путем

изменения сопротивления регулировочного реостата; получение опытным

путем характеристики генератора.

Основные теоретические положения

Генератор, у которого обмотка возбуждения подключена к якорю па-

раллельно нагрузке, называется генератором параллельного возбужде-

ния (шунтовым).