Лабораторная работа №1. Институт ядерной энергетики

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.