Институт ядерной энергетики
(филиал) ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» в г. Сосновый Бор
Кафедра «Проектирование и эксплуатация АЭС»
Лабораторная работа №1
Дисциплина: Электротехника.
Раздел: Электрические машины.
Тема: Исследование однофазного трансформатора.
Выполнил студент гр. В3297/1 Д.С. Иванов
Руководитель, профессор А.Е. Серов
«18» марта 2015г.
г. Сосновый Бор
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
Исследование однофазного трансформатора в режимах холостого тока, короткого замыкания и работы под нагрузкой.
ПРОГРАММА РАБОТЫ:
1. Знакомство с виртуальным оборудованием, используемым для моделирования трансформатора: Lab.6.1.1
1.1. Источник переменного напряжения Е1 из библиотеки Power System Blockset/Electrical Sources;
1.2.Измерители напряжения V1, V2 и измерители тока I1, I2 в первичной и вторичной цепях трансформатора Power System Blockset/Measurement;
1.3.Однофазная нагрузка, задаваемая величинами активной и реактивной мощности (Series RLC Load);
1.4. Исследуемый трансформатор (Linear Transformer)
|
|
1.5. Измерители активной и реактивной мощности в первичной и вторичной цепях трансформатора (P1, Q1; P2Q2) из библиотеки Power System Blockset/ Electrical Sources/Extras/Measurement
1.6. Блок пользователя (Powergui), который измеряет значения V1, V2, I1, I2.
1.7. Блоки Display1, Display2 для количественного представления измеренных мощностей и блок Scope для наблюдения формы кривых тока и напряжения во вторичной цепи являются блоками главной библиотеки Simulink/Sinks.
2. Расчет параметров схемы замещения трансформатора по паспортным данным.
3. Проведение опыта холостого хода и снятие характеристик холостого хода трансформатора.
4. Проведение опыта короткого замыкания и снятие характеристик короткого замыкания трансформатора.
5. Проведение опыта нагрузки трансформатора и снятие внешних характеристик и зависимости КПД от величины нагрузки.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА:
1. Модели с характеристикой виртуальных измерительных приборов.
2. Расчеты по формулам для определения параметров схемы замещения трансформатора.
3. Таблицы опытных данных для всех режимов испытаний трансформатора;
4. Схемы замещения трансформатора в различных режимах и ее параметры;
5. Расчет и построение характеристик трансформатора по экспериментальным данным;
6. Сравнение экспериментальных и теоретических характеристик;
7. Выводы по проведению всей работы.
Схема замещения при работе трансформатора на холостом ходу:
Схема замещения трансформатора при коротком замыкании:
Схема замещения работы трансформатора под нагрузкой:
Исходные данные:
S ном, кВА | U вн, В | Uнн, В | Pк ,% | Po, % | Uk, % | Io, % |
2,55 | 0,48 | 6,5 | 1,3 |
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ-ЗАМЕЩЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА:
|
|
1. Номинальный ток первичной обмотки:
2. Номинальный ток вторичной обмотки:
3. Базовое сопротивление:
4. Параметры ветви намагничивания:
4.1. Ток холостого хода:
А
4.2. Потери холостого хода:
4.3. Активное сопротивление холостого хода:
4.4. Полное сопротивление холостого хода:
4.5. Индуктивное сопротивление холостого хода:
4.6. Сопротивление ветви намагничивания в о.е.:
5. Параметры обмоток трансформатора:
5.1. Активное сопротивление короткого замыкания:
5.2. Потери короткого замыкания:
5.3. Напряжение короткого замыкания
5.4. Полное сопротивление короткого замыкания:
5.5. Индуктивное сопротивление обмоток:
5.6. Активное сопротивление обмоток в о.е.:
5.7. Индуктивное сопротивление обмоток в о.е.:
ОПЫТ ХОЛОСТОГО ХОДА ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА:
Таблица 1. Опыт холостого хода. | |||||||
Номер опыта | Измерения | Вычисления | |||||
U1, B | I0, A | P0, Вт | U20, В | I0, % | Cosϕ0 | K | |
1(1.8) | 3,89 | 2,3 | 0,4 | 6,00 | |||
2(1.5) | 3,24 | 1,9 | 0,4 | 6,00 | |||
3(1.2) | 2,59 | 1,6 | 0,4 | 6,01 | |||
4(1) | 2,16 | 999,6 | 1,3 | 0,4 | 6,00 | ||
5(0.8) | 1,73 | 799,7 | 1,0 | 0,4 | 6,00 | ||
6(0.7) | 1,51 | 699,7 | 0,9 | 0,4 | 6,00 | ||
7(0.5) | 1,08 | 499,8 | 0,6 | 0,4 | 6,00 | ||
8(0.4) | 0,86 | 399,8 | 0,5 | 0,4 | 6,00 | ||
9(0.2) | 0,43 | 199,9 | 0,3 | 0,4 | 6,00 | ||
10(0.01) | 0,022 | 0,48 | 0,01 | 0,4 | 6,00 |
Расчетный коэффициент трансформации трансформатора:
Паспортный коэффициент трансформации трансформатора:
Расчетный коэффициент мощности трансформатора:
Паспортный коэффициент мощности трансформатора:
Погрешность расчетов:
Расчет значений по трем опытам:
1. Расчет коэффициента трансформации трансформатора:
2. Расчет тока холостого хода трансформатора:
3. Расчет коэффициента мощности трансформатора:
ОПЫТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА:
Номер опыта | Измерения | Вычисления | |||
Uk, В | I1k, А | Pk, Вт | Uk, % | Cosϕk | |
1(1.8) | 298,1 | 83504,00 | 11,70 | 0,39903 | |
2(1.5) | 248,4 | 57914,00 | 9,75 | 0,39854 | |
3(1.2) | 198,7 | 37061,00 | 7,80 | 0,39854 | |
4(1) | 165,6 | 25740,00 | 6,50 | 0,39855 | |
5(0.8) | 132,5 | 16498,00 | 5,20 | 0,39908 | |
6(0.7) | 115,9 | 12634,00 | 4,55 | 0,39930 | |
7(0.5) | 82,8 | 6441,00 | 3,25 | 0,39892 | |
8(0.4) | 66,24 | 4125,00 | 2,60 | 0,39919 | |
9(0.2) | 33,12 | 1030,00 | 1,30 | 0,39871 | |
10(0.01) | 3,9 | 1,66 | 2,57 | 0,07 | 0,39697 |
Расчетный коэффициент мощности короткого замыкания трансформатора:
Паспортный коэффициент мощности короткого замыкания трансформатора:
Погрешность расчетов:
Расчет значений по трем опытам:
1. Расчет коэффициента мощности короткого замыкания трансформатора:
2. Расчет напряжения короткого замыкания трансформатора:
ОПЫТ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА ПОД НАГРУЗКОЙ:
1. Активная нагрузка:
Номер опыта | Измерения | |||||||
U1, В | I1, А | P1, Вт | Q1, ВАР | U2, В | I2, А | P2, ВТ | Q2, ВАР | |
1(1.8) | 285,8 | 949,8 | 1710,00 | 110,50 | ||||
2(1.5) | 240,5 | 958,5 | 1438,00 | 621,80 | ||||
3(1.2) | 194,3 | 967,0 | 1160,00 | 292,20 | ||||
4(1) | 163,0 | 972,6 | 972,60 | 349,20 | ||||
5(0.8) | 131,3 | 978,1 | 782,50 | 272,60 | ||||
6(0.7) | 115,3 | 980,9 | 686,60 | 106,90 | ||||
7(0.5) | 986,3 | 493,20 | 114,10 | |||||
8(0.4) | 66,8 | 989,0 | 395,60 | 235,70 | ||||
9(0.2) | 994,3 | 198,90 | 86,73 | |||||
10(0.01) | 3,177 | 999,3 | 9,993 | -0,3549 |
Вычисления | ||||||
По формуле через U и I | По формуле через P и Q | |||||
S1', ВА | S2', ВА | S1, ВА | S2, ВА | β | ƞэ | ƞт |
1,71 | 95,25 | 95,56 | ||||
1,44 | 95,89 | 96,15 | ||||
1,16 | 96,56 | 96,74 | ||||
0,97 | 97,00 | 97,11 | ||||
0,78 | 97,37 | 97,46 | ||||
0,69 | 97,52 | 97,61 | ||||
0,49 | 97,77 | 97,82 | ||||
0,40 | 97,80 | 97,83 | ||||
0,20 | 97,15 | 97,16 | ||||
0,01 | 67,61 | 67,54 |
Расчет параметров:
1. Расчет мощности потребляемой трансформатором в первичной цепи:
2. Расчет мощности во вторичной цепи, отдаваемой потребителю:
|
|
3. Расчет коэффициента нагрузки трансформатора:
4. Расчет экспериментального и теоретического КПД:
2. Активно-индуктивная нагрузка:
Номер опыта | Измерения | |||||||
U1, В | I1, А | P1, Вт | Q1, ВАР | U2, В | I2, А | P2, ВТ | Q2, ВАР | |
1(1.8) | 271,00 | 896,6 | 1614,00 | |||||
2(1.5) | 230,10 | 912,3 | 1368,00 | |||||
3(1.2) | 187,70 | 928,6 | 1114,00 | |||||
4(1) | 158,60 | 939,7 | 939,70 | |||||
5(0.8) | 128,90 | 951,1 | 760,90 | |||||
6(0.7) | 113,70 | 956,9 | 669,80 | |||||
7(0.5) | 82,78 | 968,7 | 484,40 | |||||
8(0.4) | 67,05 | 974,8 | 389,90 | |||||
9(0.2) | 34,98 | 978,0 | 197,40 | |||||
10(0.01) | 3,79 | 998,9 | 9,989 |
Вычисления | ||||||
По формуле через U и I | По формуле через P и Q | |||||
S1', ВА | S2', ВА | S1, ВА | S2, ВА | β | ƞэ | ƞт |
1,61 | 92,24 | 93,15 | ||||
1,37 | 93,28 | 93,99 | ||||
1,11 | 94,34 | 94,83 | ||||
0,94 | 95,16 | 95,38 | ||||
0,76 | 95,78 | 95,89 | ||||
0,67 | 96,01 | 96,12 | ||||
0,48 | 96,21 | 96,42 | ||||
0,39 | 96,28 | 96,42 | ||||
0,20 | 95,37 | 95,34 | ||||
0,01 | 55,48 | 55,52 |
Расчет параметров:
1. Расчет мощности потребляемой трансформатором в первичной цепи:
2. Расчет мощности во вторичной цепи, отдаваемой потребителю:
3. Расчет коэффициента нагрузки трансформатора:
4. Расчет экспериментального и теоретического КПД:
3. Активно-емкостная нагрузка:
Номер опыта | Измерения | |||||||
U1, В | I1, А | P1, Вт | Q1, ВАР | U2, В | I2, А | P2, ВТ | Q2, ВАР | |
1(1.8) | 305,70 | -902400 | 1021,0 | 1837,00 | -1116000 | |||
2(1.5) | 254,10 | -772400 | 1018,0 | 1527,00 | -923700 | |||
3(1.2) | 202,50 | -635300 | 1015,0 | 1218,00 | -736100 | |||
4(1) | 168,30 | -537200 | 1013,0 | 1013,00 | -610600 | |||
5(0.8) | 134,20 | -435900 | 1011,0 | 808,40 | -487000 | |||
6(0.7) | 117,20 | -382000 | 1009,0 | 706,50 | -423700 | |||
7(0.5) | 83,38 | -274600 | 1007,0 | 503,40 | -301700 | |||
8(0.4) | 66,51 | -218400 | 1005,0 | 402,10 | -240000 | |||
9(0.2) | 32,93 | -105200 | 1003,0 | 200,50 | -119600 | |||
10(0.01) | 2,357 | 999,7 | 9,997 | -5948 |
Вычисления | ||||||
По формуле через U и I | По формуле через P и Q | |||||
S1', ВА | S2', ВА | S1, ВА | S2, ВА | β | ƞэ | ƞт |
1,84 | 94,22 | 94,18 | ||||
1,53 | 95,03 | 95,00 | ||||
1,22 | 95,90 | 95,81 | ||||
1,01 | 96,36 | 96,32 | ||||
0,81 | 96,82 | 96,79 | ||||
0,71 | 97,01 | 96,99 | ||||
0,50 | 97,30 | 97,28 | ||||
0,40 | 97,33 | 97,30 | ||||
0,20 | 96,52 | 96,50 | ||||
0,01 | 62,64 | 62,48 |
Расчет параметров:
|
|
1. Расчет мощности потребляемой трансформатором в первичной цепи:
2. Расчет мощности во вторичной цепи, отдаваемой потребителю:
3. Расчет коэффициента нагрузки трансформатора:
4. Расчет экспериментального и теоретического КПД:
ВНЕШНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРА:
График теоретических внешних характеристик трансформатора строится по двум точкам:
1)
2)
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРА:
Найдем оптимальную нагрузку:
Найдем КПД при оптимальной нагрузке:
Выполним проверку, при которой переменные потери равны постоянным потерям:
Вывод: в ходе лабораторной работы мы исследовали однофазный трансформатор в режимах холостого тока, короткого замыкания и работы под нагрузкой. Примеры вычислений совпадают с измеренными значениями, что свидетельствует о правильности проведенных мною расчетов. При оптимальной нагрузке КПД установки будет максимальным.