Камчатский государственный технический университет
Кафедра радиооборудования судов
ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА ...
10 downloads
193 Views
535KB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
Камчатский государственный технический университет
Кафедра радиооборудования судов
ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА Часть 1 Руководство к лабораторным работам для курсантов специальности 201300 "Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования"
Петропавловск-Камчатский 2004
УДК 621.396.61(075) ББК 72.4(2) О28 Рецензент: А.А. Дуров, кандидат технический наук, заведующий кафедрой радиооборудования судов КамчатГТУ Составители: Д.А. Бакеев, кандидат технических наук, профессор кафедры радиооборудования судов КамчатГТУ А.И. Парфёнкин, доцент кафедры радиооборудования судов КамчатГТУ А.В. Безумов, старший преподаватель кафедры радиооборудования судов КамчатГТУ О28
Общая электротехника и электроника. Ч. 1. Руководство к лабораторным работам для курсантов специальности 201300 «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования / Сост. Д.А. Бакеев, А.И. Парфенкин и др. – Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2004. – 42 с. Сборник методических указаний разработан в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Общая электротехника и электроника» для специальности 201300 «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования». Рекомендовано к изданию решением учебно-методического совета КамчатГТУ (протокол № 1 от 25 сентября 2003 г.).
УДК 621.396.61(075) ББК 72.4(2)
© КамчатГТУ, 2004
2
СОДЕРЖАНИЕ Лабораторная работа № 1. Исследование однофазного двухобмоточного трансформатора методом холостого хода …..………………… 4 Лабораторная работа № 2. Исследование однофазного двухобмоточного трансформатора методом короткого замыкания ……….……. 13 Лабораторная работа № 3. Расчет сложных электрических цепей постоянного тока методом контурных токов …….………….. 20 Лабораторная работа № 4. Исследование сложной электрической цепи постоянного тока ………………………………….…………… 27 Лабораторная работа № 5. Исследование сложных электрических цепей постоянного тока методом эквивалентных преобразований …………………….………… 34 Литература …………………………………………………...……. 42
3
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ДВУХОБМОТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА МЕТОДОМ ХОЛОСТОГО ХОДА Цель работы: Определить параметры схемы замещения, построить векторную диаграмму и схему замещения трансформатора при холостом ходе. По данным опыта и расчета построить графики. Контрольно-испытательная аппарутура 1. 2. 3. 4.
Лабораторный стенд – 1 шт. Универсальный цифровой вольтметр В7-38 2шт Ваттметр – 1 шт. Соединительные провода. Краткие сведения
Трансформатор представляет собой статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте. Трансформаторы с одной первичной и с одной вторичной обмоткой называются двух обмоточными. Во многих случаях применяются трансформаторы с несколькими первичными или вторичными обмотками и такие трансформаторы называются многообмоточными. Чаще всего используются однофазные и трехфазные трансформаторы. Трансформаторы с другим числом фаз используются в специальных устройствах. Трансформаторы классифицируются по ряду признаков: - по характеру нагрузки: 1. силовые – для изменения напряжения в силовых сетях и сетях освещения; 2. измерительные – для расширения пределов измерения приборов; 4
3. в устройствах радиоэлектронной аппаратуры; 4. специальные - сварочные и др. - по числу фаз: Одно-, двух-, трех- и многофазные. - по числу обмоток: Одно – двух – трех – и многообмоточные; - по способу охлаждения трансформаторы: 1. с воздушным естественным охлаждением, 2. с принудительным воздушным охлаждением, 3. с масляным охлаждением, 4. с жидкостным охлаждением. Трансформатор состоит из следующих основных частей: магнитопровода, обмоток, кожуха, соединительных частей и клемной панели. Магнитопровод служит для создания переменного магнитного потока по замкнутой цепи магнитопровода. Часть магнитопровода, охваченная обмоткой называет стержнем, а магнитопровод соединяющий между собой стержни – ярмом. Магнитопровод собирают из специальных пластин, изготовленных из электротехнической стали, толщиной (0,1…0,5) мм. Пластины друг относительно друга изолированы с помощью пленки окисла. Каркас служит для укладки обмотки и обсепечивает электрическую изоляцию от корпуса магнитопровода. Обмотки служат для создания Э.Д.С. при наличии переменного магнитного потока в замкнутой цепи магнитопровода. Клемная панель обеспечивает возможность подключения выводов обмоток трансформатора к внешним электрическим цепям. Кожух для защиты обмоток трансформатора соединительной панели и других частей. Режимы работы трансформаторов
а б в Рис.1 режимы работы трансформаторов: а) режим холостого хода. б) работа под нагрузкой. в) режим короткого замыкания. 5
Основные электрические соотношения в идеальном трансформаторе 1. Э.Д.С. первичной и вторичной обмоток:
е1 = −W1
dф dф ; е2 = −W2 . dt dt
где е1 и е2 - Э.Д.С. первичной и вторичной обмоток трансформатора. W1 W2 - число витков обмоток. Ф – периодически изменяющийся магнитный поток, возникающий в замкнутой цепи магнитопровода. 2. Действующие значения этих Э.Д.С.
E1 =
ωW1Фmax
=
2πf
W1Фmax = 4,44 fW1Фmax , 2 2 ωW2Фmax 2πf E2 = = W2Фmax = 4,44 fW2Фmax , 2 2 если пренебречь потерями мощности в трансформаторе: E1 ≈ U1 и E2 ≈ U 2 3. Коэффициент трансформации трансформатора:
K=
E1 U1 W1 = = , E2 U 2 W2
4. Согласно закона сохранения энергии: I1U1 = I2U2, то
U1 I 2 = U 2 I1
K=
I2 I1
и
I2 = K I 1 .
Режим холостого хода трансформатора Работа трансформатора в режиме холостого хода характеризуется тем, что его первичная обмотка включена на номинальное напряжение сети переменного тока, а вторичная обмотка разомкнута. В этом режиме трансформатор потребляет незначительную мощность, которая расходуется на покрытие внутренних потерь мощности: ΔР0 = U1⋅I0 cosϕ1, 6
где: U1 - напряжение подводимое к первичной обмотке трансформатора; I0 - ток холостого хода; cosϕ1 - коэффициент мощности первичной обмотки. Потери мощности в режиме холостого хода можно представить в виде суммы потерь: ΔР0 = I02r1 + ΔРосн + ΔРдоб., где: I0 - ток холостого хода, r1 – активное сопротивление первичной обмотки. Слогаемое I02r1 (потери в проводах обмоток) составляет 0,05…0,1 от ΔРосн и при расчетах потерь при х.х. во внимание не принимаются. ΔРосн – основные потери в пластинах магнитопровода, идущие на перемагничивание стали и создание вихревых токов. ΔРдоб – зависят от качества сборки магнитопровода, эти потери точно учтены быть не могут и принимаются ΔРдоб = (0.15…0,2)ΔРосн . β
⎛ f ⎞ ⎟ ⋅G с , ⎝ 50 ⎠
ΔРосн = ΔРс1Вα ⎜
Где Gc – масса магнитопровода (кг). = ΔРс1 –удельные потери на 1 кг стали (вт). α и β - показатели степеней, которые зависят от своих оснований, так: при f = 50 Гц , β = 1,25; при В≈1,2тл α = 2 . ΔРосн ≡ K1B2max ≡ K2Ф2max ≡ K3E12 ≡ K4U12 . Где - К1 К2 К3 К4 коэффициенты пропорциональности.. Для опытного определения некоторых параметров трансформатора или при его испытании проводят опыт холостого хода. Для энергетических расчетов параметров трансформатора выполняется схема замещения, которая электромагнитную связь между обмотками заменяет электрической связью. При этом для определения потерь мощности на перемагничивание вводится понятие намагничивающего контура.
7
Рис.2 Эквивалентная схема замещения трансформатора в режиме холостого хода. Где r1 – активное сопротивление первичной обмотки. Х1 = ωL1 – индуктивное сопротивление первичной обмотки. Rмагн - активное сопротивление, эквивалентное активным потерям в стали; Хмагн – индуктивное сопротивление от основного магнитного потока.
U1 = Z 0 = Z1 + Zмагн = (r1 +jx1) + (rмагн +jxмагн) = r0 + jx0 ; I0 r0 = r1 + rмагн;
x0 = x1 + xмагн. Порядок выполнения работы
1. Подготовка работы. С помощью штепсельного разьема ШР3 ваттметр (W) подключить к лабораторному стенду (согласно рис. 3). Цифровой вольтметр В7-38 подключить к разьемам х1 х2 через шунт (общ - 0,2А) – режим измерения переменного тока, кнопка «≈U» - нажата. Второй вольтметр В7-38 подключить к ШР2 (режим измерения переменного напряжения, кнопка «≈U» - нажата). Поворотный вал скользящего контакта автотрансформатора установить в крайнее левое положение.
8
Рис.3 Лабораторный стенд для испытания трансформаторов Порядок выполнения опыта холостого хода трансформатора 1. Подать напряжение 220 В f = 50 Гц на лабораторный стенд и включить тумблеры В1, В2, при этом убедиться, что U1 = 0, Р(w) = 0, I0 = 0. 2. Устанавливая значения U1 (по показаниям встроенного вольтметра) с помощью поворотного вала скользящего контакта автотрансформатора через интервалы, указанные в табл. 1, считывать показания: ΔР0 , U2 , I0 . Полученные результаты занести в табл.1. Таблица 1 U 1, В
Устанавливаемая величина напряжения 0 30 50 80 140 170 200 Результаты опыта
230
I 0, А ΔР0 U2,В
3. По результатам опыта произвести расчеты: r0 , Z0, x0 , cosϕ, K и полученные результаты занести в табл. 2. 9
ΔР(вт) (Ом) . I 02 (амп) U 1 (вольт) = (Ом) Б) Z0 = r0 + jX0 = Ι 0 (амп)
А) r0 = r1 + rмагн =
В) Х0 = Х2 + Хмагн = Г) cos ϕ = Д) К =
Z 02 − r02 (Ом)
ΔΡ0 U1 ⋅ Ι 0
U1 - коэффициент трансформации U2
обмотки. Где: r1 – активное сопротивление первичной rмагн – активное сопротивление эквивалентное активным потерям в стали. x1 – индуктивное сопротивление первичной обмотки. xмагн – индуктивное сопротивление основного магнитного потока. Таблица 2 U1 (вольт) r0
0
30,0
Устанавливаемая величина 50,0 80,0 140,0 170,0 200,0 Результаты расчетов опыта Х.Х.
230,0
(Ом) Z0 (Ом) X0 (Ом) Cosϕ K
4. Построить графики зависимости ΔP0 = f(U1); I0 = f(U1) ; cosϕ = f(U1) ; Z0 = f(U1) согласно опыта и полученных расчетных данных. 5. Построить векторную диаграмму трансформатора при холостом ходе. На основании 2-го правила Кирхгофа в схеме замещения трансформатора при х. х.: −
−
−
−
U1 = − E1 + jX 1 I 0 + I 0 ⋅ r1 10
Рис 4. Векторная диаграмма холостого хода трансформатора Последовательность построения векторной диаграммы - горизонтально откладывается вектор основного магнитного потока (фmax); -
−
определяется вектор E1 = − I 0 ( rм + jX м ); в противоположном
направлении вектора I0 откладываем – I0 ⋅ rм, а т.к. r1