Методические указания по выполнению ЛПЗ "Электрические машины" для студентов СПО
Методические указания по выполнению ЛПЗ "Электрические машины" для студентов СПО
Свойства трансформатора при работе его под нагрузкой могут быть определены непосредственным его испытанием. Если включить трансформатор на какую-либо нагрузку и изменить ее, то по показаниям приборов можно определить, каким образом будет изменяться напряжение на зажимах вторичной обмотки и к. п. д. трансформатора. Однако при испытании трансформатора под нагрузкой происходит очень большой расход электроэнергии (тем больший, чем больше мощность трансформатора), и для создания активной, индуктивной и емкостной нагрузок необходимо очень громоздкое оборудование (реостаты, индуктивные катушки и конденсаторы). Кроме этого, непосредственное испытание трансформатора дает очень неточные результаты.
Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?
Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.
Быстро и объективно проверять знания учащихся.
Сделать изучение нового материала максимально понятным.
Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.
Просмотр содержимого документа
«Методические указания по выполнению ЛПЗ "Электрические машины" для студентов СПО »
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧИХ СВОЙСТВ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПО ДАННЫМ ОПЫТОВ ХОЛОСТОГО ХОДА И КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Свойства трансформатора при работе его под нагрузкой могут быть определены непосредственным его испытанием. Если включить трансформатор на какую-либо нагрузку и изменить ее, то по показаниям приборов можно определить, каким образом будет изменяться напряжение на зажимах вторичной обмотки и к. п. д. трансформатора. Однако при испытании трансформатора под нагрузкой происходит очень большой расход электроэнергии (тем больший, чем больше мощность трансформатора), и для создания активной, индуктивной и емкостной нагрузок необходимо очень громоздкое оборудование (реостаты, индуктивные катушки и конденсаторы). Кроме этого, непосредственное испытание трансформатора дает очень неточные результаты.
Все рабочие свойства трансформатора могут быть определены по данным опытов холостого хода и короткого замыкания. При этом требуется сравнительно малая затрата энергии и отпадает надобность в громоздком нагрузочном оборудовании, кроме того, такое определение рабочих свойств дает высокую точность.
При опыте холостого хода измеряют напряжение первичной и вторичной обмотки U1 и U2, ток холостого хода /0 и потребляемую при холостом ходе мощность Р0, которая расходуется на покрытие потерь в стали магнитопровода, т. е. Рст=Ро.
При опыте короткого замыкания измеряют напряжение короткого замыкания UK, силу тока первичной обмотки, равную номинальной Iн, и мощность Рк, потребляемую трансформатором при опыте короткого замыкания и расходуемую на покрытие потерь в обмотках при номинальной нагрузке, т. е. Робм=РК.
По данным опыта короткого замыкания определяются сопротивление (полное, активное и реактивное) трансформатора при коротком замыкании zK, rK и хК, а также напряжение короткого замыкания uк и активная uа и реактивная uх составляющие напряжения короткого замыкания.
При испытании трехфазного трансформатора все величины определяются для одной фазы.
По данным опытов холостого хода и короткого замыкания можно найти напряжение на зажимах вторичной обмотки и к. трансформатора при любой нагрузке.
Процентное понижение вторичного напряжения при любой грузке равно:
где
I— сила тока при выбранной нагрузке.
Напряжение вторичной обмотки при нагрузке
где U20 — напряжение при холостом ходе.
Таким образом, напряжение вторичной обмотки зависит не только от величины, но и от характера нагрузки.
При индуктивном характере нагрузки напряжение понижается с ростом нагрузки в большей степени, чем при чисто активной. При емкостном характере нагрузки происходит повышение напряжения с ростом нагрузки.
Пример. Напряжение вторичной обмотки трансформатора при холостом ходе U20=400 в. Определить вторичное напряжение при номинальной нагрузке Iн и cos φ2=1 (чисто активная нагрузка), cos φ 2=0,8 (для активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузки), если напряжение короткого замыкания и его активная составляющая равны:
Р е ш е н и е. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания трансформатора
Процентное понижение напряжения
При активной нагрузке ∆u %=2,5x1+0=2,5 %
При активно-индуктивной нагрузке
При активно-емкостной нагрузке
Напряжение вторичной обмотки при активной нагрузке
при активно-индуктивной нагрузке
и при активно-емкостной нагрузке
Коэффициентом полезного действия (к. п. д.) или отдачей трансформатора называется отношение полезной мощности трансформатора Р2 к мощности, потребляемой им из сети источника электрической энергии Р1, т. е.
Потребляемая мощность P1 будет всегда больше полезной мощности Р2, так как при работе трансформатора происходит потеря преобразуемой им энергии. Потери в трансформаторе складываются из потерь в стали магнитопровода Рст и потерь в обмотках Pоб.
Таким образом, потребляемую трансформатором мощность можно определить следующим выражением:
Полезную мощность трансформатора находят следующим образом:
для однофазного
для трехфазного
Следовательно, к. п. д. можно определить следующим выражением:
для однофазного трансформатора
для трехфазного трансформатора
Наибольший к. п. д. трансформатора будет при нагрузке, для которой потери в стали равны потерям в обмотке. У современных трансформаторов к. п. д. очень высок и достигает при полной нагрузке 95—99,5%.
На практике к. п. д. трансформатора определяется по приведенной выше формуле для любой нагрузки Р2.
Задаются полезной мощностью Р2, например 0, 25, 50, 75, 100, 125% номинальной мощности, и для каждой из выбранных мощностей определяют потери в трансформаторе.
Потери в стали магнитопровода Рст зависят от марки стали, из которой выполнен сердечник, от частоты тока сети и магнитной индукции в сердечнике. Так как частота тока сети и магнитная индукция остаются неизменными при работе трансформатора, то и потери в стали не зависят от нагрузки и остаются постоянными.
Потери в обмотках расходуются на нагревание проводников этих обмоток протекающими по ним токами и пропорциональны току во второй степени. Таким образом, при нагрузке 0,5 от номинальной токи в обмотках будут вдвое, а потери в обмотках в четыре паза меньшими, чем при номинальной нагрузке.
Пример. Трансформатор мощностью Р2=50 ква имеет потери в стали Pст=350 вт и потери в обмотках при полной нагрузке (100%) Робн=1325 вт. Определить коэффициент полезного действия при нагрузках 100%, 75%, 50% и 25% номинальной, считая нагрузку чисто активной (cos φ=1).
Решение: При полной нагрузке полезная мощность трансформатора
к. п. д. при полной нагрузке
При нагрузке 0,75 Р2 полезная мощность Р2=0,75-50 000=37 500 вт, потери обмотках Pоб=(0,52 x Pобн = (0,75)2 x1325=694 вт и к. п. д.
При нагрузке 0,5 Р2 полезная мощность P2=0,5 x 50 000=25 000 вт, потери в обмотках Роб=0,52 х 1325=331 вт и к. п. д.
При нагрузке 0,25 Р2 полезная мощность P2=0,25 x 5000=12 500 вт, потери в обмотках Роб=(0,25)2 х 1325=183 вт и к. п. д.