 |
Энергетические характеристики (показатели энергоэффективности)
|
|
|
|
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
Учебное пособие по выполнению
лабораторных работ для студентов специальности
110302 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»
и направлений подготовки 110300 «Агроинженерия» и 140400 «Электроэнергетика и электротехника» (профиль «Электроснабжение»
очной формы обучения
ОРЕЛ - КОСТРОМА
УДК 621.314.2
ББК 31.261.8
О 54
| Авторы: | сотрудники кафедры «Электроснабжение» Костромской ГСХА к. т. н., доцент Олин Д.М. и ст. преподаватель Ётов М.С. сотрудники кафедры «Электроснабжение» Орловского ГАУ к.т.н., доц.Виноградов А.В., ст. преп. Зелюкин В.И. |
| Рецензент: | к. т. н, доцент кафедры «Электроснабжение» Волчков Ю.Д. |
Рекомендовано к изданию методической комиссией
факультета агротехники и энергообеспечения Орел ГАУ,
протокол № __ от ___________ 2013 года
| В учебном пособии представлены основные теоретические сведения по электрическим машинам (трансформаторам, асинхронным и синхронным электродвигателям, генераторам машинам постоянного тока) необходимые для понимания и выполнения лабораторных работ, а также контрольные вопросы, позволяющие оценить усвоение материала студентами. Лабораторный практикум по дисциплине «Электрические машины» предназначен для самостоятельной работы студентов специальности 110302 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» и направлений подготовки 110300 «Агроинженерия» и 140400 «Электроэнергетика и электротехника» (профиль «Электроснабжение» очной формы обучения. |
| УДК 621.314.2 ББК 31.261.8 |
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.............................................................................................................. 4
Общие требования по технике безопасности..................................................... 5
|
|
|
Лабораторная работа 1...................................................................................... 6
Общие сведения о трансформаторах
Лабораторная работа 2..................................................................................... 11
Устройство трансформатора
Лабораторная работа 3.................................................................................... 17
Исследование однофазного трансформатора
Лабораторная работа 4.................................................................................... 22
Т-образная схема замещения трансформатора
Лабораторная работа 5.................................................................................... 25
Энергетическая и векторная диаграммы трансформатора
Лабораторная работа 6.................................................................................... 29
Параллельная работа трансформаторов
Лабораторная работа 7.................................................................................... 33
Специальные трансформаторы
Лабораторная работа 8.................................................................................... 40
Общие сведения об асинхронных электродвигателях
Лабораторная работа 9.................................................................................... 49
Исследование работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Лабораторная работа 10.................................................................................. 53
Исследование синхронных машин
Лабораторная работа 11................................................................................... 59
Назначение, устройство и принцип действия машин постоянного тока
Лабораторная работа 12......................................................................................
Исследование работы двигателя постоянного тока параллельного возбуждения
Лабораторная работа 13......................................................................................
Исследование характеристик двигателя постоянного тока параллельного возбуждения
Лабораторная работа 14......................................................................................
Исследование характеристик генератора постоянного тока параллельного возбуждения
Список использованных источников....................................................................
|
|
|
ВВЕДЕНИЕ
Электрические машины применяются в различных областях жизнедеятельности человека. К числу таких электрических машин относятся трансформаторы, асинхронные и синхронные электродвигатели, генераторы, машины постоянного тока.
Для будущего инженера-электрика важно понимать и знать как принцип работы электрических машин, так и их устройство. В лабораторном практикуме представлены методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Электрические машины» по разделам «Трансформаторы», «Асинронные электродвигатели», «Синхронные генераторы», «Машины постоянного тока», позволяющие студентам самостоятельно исследовать данные типы электрических машин. Лабораторные работы содержат краткие теоретические сведения, необходимые формулы и иллюстрации, а также порядок выполнения работы и контрольные вопросы для самопроверки.
Лабораторный практикум предназначен для студентов специальности 110302 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» и направлений подготовки «Агроинженерия», «Электроэнергетика и электротехника» очной и заочной форм обучения.
В ходе выполнения лабораторных работ студенты приобретают компетенции:
ü готовностью к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7);
ü способностью и готовностью к практическому анализу логики различного рода рассуждений, к публичным выступлениям, аргументации, ведению дискуссии и полемики (ОК-12). Компетенция осваивается посредством анализа различных вариантов решений по оптимизации потерь электроэнергии в силовых трансформаторах и при защите курсовой работы;
ü способностью формировать законченное представление о принятых решениях и полученных результатах в виде отчета с его публикацией (публичной защитой) (ПК-7). Компетенция осваивается посредством выполнения выводов о принятых решениях по расчетам параметров силовых трансформаторах, при оформлении и при защите курсовой работе;
ü готовностью обосновать принятие конкретного технического решения при создании электроэнергетического и электротехнического оборудования (ПК-14). Компетенция осваивается посредством выполнения расчетов параметров силовых трансформаторов, необходимых для технических решений при создании данного оборудования;
|
|
|
ü готовностью разрабатывать технологические узлы электроэнергетического оборудования (ПК-17). Компетенция осваивается посредством выбора вариантов решений по оптимизации потерь электроэнергии в технологическом узле, представляющем собой двухтрансформаторную подстанцию;
ü готовностью к составлению инструкций по эксплуатации оборудования и программ испытаний (ПК-51) Компетенция осваивается посредством выполнения расчетов, выводов и рекомендаций по оптимизации потерь электроэнергии в силовых трансформаторах;
ü способностью к монтажу, регулировке, испытаниям и сдаче в эксплуатацию электроэнергетического и электротехнического оборудования (ПК-46).
ü
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ
1. Перед началом работы необходимо убедиться в исправности лабораторного оборудования, на котором предстоит работать. О замеченных неисправностях сообщить преподавателю или лаборанту.
2. Перед началом сборки схемы необходимо убедиться в том, что стенд выключен.
3. После сборки схемы необходимо представить её на проверку преподавателю. Включать схему без проверки преподавателем запрещается.
4. При появлении во время работы искр, треска, дыма или других признаков сбоев в работе оборудования немедленно выключить главный автоматический выключатель стенда и сообщить об этом преподавателю или лаборанту.
5. Запрещается студентам самостоятельно устранять неисправности электрооборудования.
6. При возникновении несчастного случаев лаборатории следует сообщить преподавателю или лаборанту.
7. Разбирать схему разрешается только после проверки преподавателем результатов лабораторных исследований.
8. После окончания работы необходимо выключить лабораторные стенды и главный автоматический выключатель лаборатории. Привести в порядок рабочее место. Установить приборы и оборудование на исходные места.
1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1
|
|
|
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТРАНСФОРМАТОРАХ
Цель работы: изучить назначение трансформаторов и их классификацию.
Основные теоретически сведения
Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство переменного тока (без вращающихся частей), предназначенное для преобразования электрической энергии одного уровня напряжения в другой (10 кВ/0,4 кВ; 220 В/110 В).
В общем случае вторичная система переменного тока может отличаться от первичной любыми параметрами: значениями напряжения и тока, числом фаз, формой кривой напряжения (тока), частотой. Наибольшее применение в электротехнических установках, а также в энергетических системах передачи и распределения электроэнергии имеют силовые трансформаторы, посредством которых изменяют значения переменного напряжения и тока. При этом число фаз, форма кривой напряжения (тока) и частота остаются неизменными.
Экономия электрической энергии
Напряжение, вырабатываемое генератором, составляет, как правило 6, 10 кВ, для уменьшения потерь энергии напряжение вначале повышают для передачи на большие расстояния, а затем уменьшают для питания потребителей (рис. 1.1).
Полная мощность: 
Потери активной мощности: 
Потери напряжения: 
В соответствии с представленными выражениями полной мощности, потерями мощности и напряжения можно показать структурно экономию электрической энергии в энергосистеме:
Согласование напряжения сети и нагрузки
Большинство бытовых элекроприёмников используют для своего питания напряжение 380/220 В переменного тока получаемое от трехфазных трансформаторов с глухозаземленной нейтралью (см. рис. 1.1, Т4, Т5) по линиям электропередач. В этом случае трансформатор, понижающий напряжение, например с 10 кВ до 0,4 кВ, выполняет функцию согласования напряжения источника к напряжению потребителя.
Обеспечение безопасного питания
с помощью трансформатора
Так как в трансформаторе первичная и вторичная обмотки электрически разделены сопротивлением изоляции RИЗ, то электробезопасность при питании электрооборудования для человека более высокая, нежели при питании непосредственно от трансформатора подстанции, у которого нулевая точка заземлена. В случае, если человек касается оголённого фазного провода (рис. 1.2), то он попадает под фазное напряжение UФ.
Ток утечки, протекающий через фазу трансформатора, провода, тело человека и заземление подстанции, будет определяться законом Ома. Расчётное сопротивление человека RЧЕЛ принимается 1 кОм, сопротивление заземления нейтрали трансформатора на подстанции RЗТП =4 Ом.
Протекание тока в 220 мА приведёт к летальному исходу (табл. 1.1).
|
|
|
Таблица 1.1. Влияние тока на организм человека
| Нечувствительный ток | 0…0,5 мА |
| Болевой ток | 0,5…8 мА |
| Ток неотпускания | 10 мА |
| Фибрилляционный ток | 50 мА |
| Смертельный ток | 100 мА |
Если использовать разделительный трансформатор (рис. 1.3), то человек коснувшись оголённого провода, не ощутит тока, протекающего через него, поскольку магнитное сопротивление разделительного трансформатора (Т2) очень большое.
Сопротивление изоляции трансформатора RИЗ должно быть не ниже 0,5 МОм. Ток утечки IУ, протекающий через тело человека, определяется по закону Ома:
Как видно из таблицы 1.1, ток в 0,439 мА является нечувствительным для человека.
Кроме разделительных трансформаторов, для повышения электробезопасности могут использоваться устройства защитного отключения (УЗО), реагирующие на ток утечки.
Классификация трансформаторов
Трансформаторы классифицируют по следующим признакам:
I. по назначению:
1) силовые общего назначения;
2) специального назначения:
– разделительные трансформаторы;
– измерительные трансформаторы тока;
– измерительные трансформаторы напряжения;
– сварочные трансформаторы;
– выпрямительные трансформаторы;
– автотрансформаторы;
– импульсные трансформаторы и др.;
II. по числу фаз:
1) однофазные (О);
2) трёхфазные (Т);
III. по системе охлаждения:
1) сухие (С);
2) масляные (М);
IV. по числу обмоток пересекаемых одним магнитным потоком (Ф):
1) однообмоточные;
2) двухобмоточные;
3) многообмоточные;
V. по типу магнитопровода:
1) броневого типа;
2) стержневого типа;
3) бронестержневого типа.
Силовые трансформаторы общего назначения применяются в линиях передачи и распределения электроэнергии, а также в различных электроустройствах (блоках питания) для получения требуемого напряжения. Трансформаторы специального назначения характеризуются разнообразием рабочих свойств и конструктивного исполнения, и отличаются принципиальными схемами, маркировкой, бирочными данными, режимами работы (ХХ — холостого хода и КЗ — короткого замыкания).
Разделительные трансформаторы применяются для разделения электрических цепей с целью обеспечения повышенной электробезопасности. Разделительный трансформатор может быть составлен из двух силовых трансформаторов, один из которых понижает напряжение сети, а второй пропорционально повышает (рис. 1.4, а), что эквивалентно трансформатору, в котором первичная и вторичная обмотки имеют одинаковое количество витков, соответственно на вторичной обмотке наводится напряжение, равное напряжению в первичной обмотке (рис. 1.4, б). Такие трансформаторы устанавливают в помещениях с повышенной влажностью (душевых комнатах).
Трансформаторы тока используются для преобразования тока в первичной обмотке в пропорциональное ему напряжение во вторичной. В отличие от силовых трансформаторов, они работают в режиме короткого замыкания. Такие трансформаторы используют в электрических сетях для измерения токов больших величин, а также для средств релейной защиты сетей и трансформаторов от ненормальных режимов работы. К ним подключают приборы учета электрической энергии (амперметры и токовые обмотки ваттметров, фазометров, счетчиков электрической энергии) и устройств релейной защиты.
Трансформаторы напряжения также используются для питания приборов учета электрической энергии и средств релейной защиты сетей и трансформаторов от ненормальных режимов работы. К ним подключают обмотки напряжения вольтметров, частотомеров (герцметров), ваттметров, фазометров, счетчиков электрической энергии и обмотки напряжения устройств релейной защиты.
Сварочные трансформаторы — ток вторичной обмотки (сварочный ток) до 1 кА, напряжение холостого хода 60…150 В, крутопадающая внешняя характеристика.
Выпрямительные трансформаторы, в отличие от силовых, обладают большими габаритами, чем у силовых трансформаторов такой же выходной мощности, но при синусоидальных токах в обмотках и предназначены для использования в блоках питания постоянного тока различной маломощной аппаратуры. Выбираются с запасом по мощности с учетом коэффициента типовой мощности, в зависимости от выпрямителя (1,05…3).
Автотрансформаторы применяются для регулирования напряжения. За счёт гальванической (металлической, электрической) связи обмоток имеют меньшую массу, габариты и цену.
Охлаждение обмоток и магнитопровода в трансформаторе осуществляется посредством воздуха (сухие трансформаторы), масла либо сочетания обоих систем охлаждения. Масляное, как и воздушное, охлаждение бывает с естественной и принудительной циркуляцией. Трансформаторное масло обеспечивает изоляцию обмоток между собой и обмоток между сердечником, обеспечивает отвод тепла от обмоток и сердечника, а также является шумоизолятором. К трансформаторному маслу предъявляются следующие требования:
– диэлектрическая прочность — хорошие изоляционные свойства;
– не должно быть увлажненным (силикагель — удаления влаги);
– не должно содержать различных включений — должно быть чистое.
Последние два требования влияют на изоляционные свойства трансформаторного масла.
По числу обмоток, пересекаемых одним магнитным потоком: однообмоточные (рис. 1.5, а); двухобмоточные (рис. 1.5, б); многообмоточные (рис. 1.5, в).
Силовые трансформаторы выполняются с магнитопроводами трёх типов: стержневой — обмотки защищены только с одной стороны (рис. 1.6, а); броневой — обмотки защищены с двух сторон (рис. 1.6, б); бронестержневой — обмотка каждой фазы размещена на отдельном стержне и защищена с двух сторон (рис. 1.6, в).
Магнитопровод в трансформаторе выполняет несколько функций: составляет магнитную цепь, по которой замыкается основной магнитный поток трансформатора; является основой для установки и крепления обмоток, отводов, переключателей; является радиатором для себя и для обмоток из-за своих больших габаритов и массы.
Содержание отчёта
1. Определение трансформатора и его назначение.
2. Классификация трансформаторов.
3. Данные о воздействии тока на организм человека.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение трансформатора.
2. Каково назначение трансформаторов?
3. Посредством чего достигается экономия электрической энергии в электрических сетях?
4. Каким образом обеспечивается согласование напряжения сети и нагрузки?
5. Посредством чего обеспечение безопасное питание потребителей?
6. Нарисуйте схему для обеспечения безопасного питания однофазных потребителей.
7. Как классифицируют трансформаторы?
8. Назовите область применения силовых и специальных, одно- и трёхфазных трансформаторов?
9. Поясните назначение специальных трансформаторов и их особенности.
10. Приведите известную вам марку трансформатора и расшифруйте её.
11. Какова роль трансформаторного масла?
12. Опишите характеристики трансформаторного масла.
13. Какие типы магнитопроводов трансформатор бывают, назовите их особенности?
14. Назовите функции магнитопровода.
2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2
УСТРОЙСТВО ТРАНСФОРМАТОРА
Цель работы: изучить назначение активных частей трансформатора: магнитопровода и обмоток, и их исполнение. Изучить схемы соединения обмоток и их маркировку.
Основные теоретические сведения
Активными частями трансформатора являются магнитопровод и обмотки.
Магнитопровод (сердечник из электротехнической стали) в трансформаторе выполняет четыре функции:
– образует магнитную цепь, по которой замыкается основной магнитный поток трансформатора;
– служит для увеличения основного магнитного потока трансформатора в 500…5000 раз;
– является основой для установки и крепления обмоток, отводов, переключателей;
– является радиатором для себя и для обмоток из-за своих больших габаритов и массы.
Элементы магнитопроводов электрических машин (сердечники трансформаторов, статоров машин переменного тока, якорей машин постоянного тока и т.п.) подвержены перемагничиванию, что вызывает потери энергии на вихревые токи и гистерезис. Поэтому к магнитным материалам, из которых изготовлены такие элементы магнитопроводов, предъявляются требования: минимальные потери от перемагничивания Δ PXX и повышенное удельное электрическое сопротивление, что способствует уменьшению потерь от вихревых токов.
Магнитопровод имеет шихтованную конструкцию, т.е. он состоит из тонких (толщиной 0,5…2 мм) пластин холоднокатанной электротехнической стали.
Такая конструкция магнитопровода обусловлена стремлением ослабить вихревые токи (токи Фуко), наводимые в нем переменным магнитным потоком, а следовательно, уменьшить величину потерь энергии в трансформаторе.
Стальные пластинки между собой изолируются посредством:
– окалины — наиболее предпочтительна, т.к. обладает меньшей толщиной, технологически легче получить, дешевле в производстве;
– электротехнического лака;
– электротехнической бумаги.
Обмотки трансформатора можно классифицировать:
• по назначению:
– первичная обмотка w1, обмотка, на которую подаётся напряжение;
– вторичная обмотка w2, обмотка, с которой снимается напряжение;
• по величине напряжения обмотки:
– высшего напряжения (ВН);
– среднего напряжения (СН);
– низшего напряжения (НН).
В зависимости от того, какая обмотка является первичной, а какая вторичной и в зависимости от напряжения на обмотках трансформатор может использоваться для понижения (рис. 2.1, а) или повышения напряжения (рис. 2.1, б). То есть трансформатор является хорошо обратимой электрической машиной.
Соотношения между параметрами обмоток определяются коэффициентом трансформации:
Обмоточные провода, применяемые в электрических машинах для изготовления обмоток, должны удовлетворять целому комплексу требований:
– малая толщина изоляционного слоя провода;
– высокая механическая прочность и одновременно гибкость металлической жилы провода;
– эластичность, электроизоляционная прочность и нагревостойкость изоляционного покрытия, его высокая теплопроводность (для беспрепятственного отвода теплоты от токоведущей жилы), стойкость к растворителям лаков, которыми пропитывается обмотка электрической машины.
В качестве проводниковых материалов в электрических машинах широко применяют электротехническую медь (Cu) и алюминий (Al).
Преимущества меди по сравнению с алюминием:
– повышенная плотность тока в обмотках за счёт меньшего удельного электрического сопротивления (табл. 2.1);
– повышенная механическая прочность — медь более пластична, следовательно, можно изготовить проводник меньшего сечения, а также более устойчива к действию электродинамических сил от токов короткого замыкания;
– медь лучше подвергается пайке;
– обладает лучшей адгезией к изоляционным материалам (лаку).
Недостатки меди:
– высокая стоимость;
– большая плотность, как следствие — большая масса обмоток (см. табл. 2.1).
Преимущества алюминия:
– материал более лёгкий;
– материал более дешёвый, чем медь.
Недостатки алюминия:
– малая плотность тока при том же сечении, что и у медного проводника;
– ломкость;
– плохо подвергается пайке.
Таблица 2.1. Удельное электрическое сопротивление проводниковых материалов
| Материал | Удельное электрическое сопротивление r, 10-6 Ом·м, при температуре, °С | Плотность, 103 кг/м3 | ||
| Медь Cu | 0,0175 | 0,0213 | 0,0244 | 0,089 |
| Алюминий Al | 0,0294 | 0,0375 | 0,0400 | 0,0265 |
С точки зрения потерь мощности и потерь напряжения в трансформаторе также предпочтительно использовать медь, поскольку сопротивление проводника зависит от удельного сопротивления:
где r — удельное электрическое сопротивление, Ом·мм2 / м;
l — длина проводника, м;
S — сечение проводника, мм2.
Потери мощности Δ Р, Вт, и напряжения Δ U, В, в трансформаторе:
где RT — активное сопротивление обмотки, Ом;
ZT — полное сопротивление обмотки, Ом.
Диаметр обмоточных проводов может быть 0,5…2,5 мм, в случае круглого сечения. На большие токи сечение проводников обмоток выполняется в виде шинки прямоугольного сечения. Соответственно в зависимости от сечения проводника и его материала изменяется и плотность тока в обмотке (табл. 2.2)
Таблица 2.2. Плотность тока в обмотках силовых трансформаторов
| Тип трансформатора | Плотность тока J, А/мм2, в проводнике из материала: | |
| Алюминий | Медь | |
| Сухие | 1…1,5 | 2…2,5 |
| Масляные | 4…4,5 |
Обмотки трансформатора выполняются с учетом возникающих в них электродинамических сил. Как известно, при протекании тока по проводнику, вокруг него возникают силовые линии магнитной индукции B, направление которых определяется по правилу правоходового винта (рис. 2.2).
При этом в проводнике возникает электродинамическая сила:
Направление силы определяется по правилу левой руки. При токах короткого замыкания, превышающих номинальные токи в 20…25 раз, электродинамические силы между соседними проводниками возрастают в 400…625 раз и вызывают механические разрушения в трансформаторе.
Схемы соединения обмоток
Обмотки трансформатора предназначены для протекания в них тока I1, I2, создания магнитодвижущих сил (МДС) F1, F2 и электродвижущих сил (ЭДС) Е1, Е2. Магнитный поток, создаваемый током в обмотках, пропорционален намагничивающей магнитодвижущей силе Ф º F, А×виток. Направление МДС определяется по правилу левой руки, а её величина F, А×виток, выражением:
Начало и конец обмотки может обозначаться буквами, звездочкой либо точкой (рис. 2.3). При этом обмотки могут соединяться:
• последовательно:
– согласно — когда ЭДС каждой обмотки направлена в одну сторону, т.е. конец первой обмотки соединен с началом второй обмотки (рис. 2.3, а);
– встречно — когда ЭДС каждой обмотки направлена встречно друг другу, конец первой обмотки соединен с концом второй обмотки (см. рис. 2.3, б);
• параллельно:
– соединяются только согласно — когда ЭДС каждой обмотки направлена в одну сторону, т.е. начало первой обмотки соединяется с началом второй обмотки (см. рис. 2.3, в).
В зависимости от соединения обмоток существуют следующие основные схемы соединения обмоток силовых трансформаторов:
– звезда — Y (рис. 2.4, а);
– звезда с нулем — Yн (рис. 2.4, а);
– треугольник — Д (рис. 2.4, б);
– зигзаг с нулем — Zн (рис. 2.4, в).
Соотношения токов, напряжений и мощностей
в схемах звезда, треугольник и зигзаг
В зависимости от соединения обмоток трансформатора (рис. 2.4), соотношение токов и напряжения в схеме может быть разное.
При соединении обмоток в звезду либо в звезду с нулем (рис. 2.5) соотношение напряжений и токов следующее:
где UЛ — линейное напряжение (между линейными проводами);
UФ — фазное напряжение напряжение (между началом и концом фазы);
IЛ — линейный ток (ток, текущий по линейному проводу);
IФ — фазный ток (ток, протекающий от начала к концу фазы).
Схема соединения в звезду с нулем используется в сетях 0,4 кВ для обеспечения питанием трехфазных и однофазных потребителей на напряжение 380 и 220 В соответственно.
В данной схеме (рис. 2.5), помимо фазных проводников, есть еще и совмещенный нулевой рабочий и защитный проводник PEN, предназначенный для обеспечения: электробезопасности обслуживающего персонала, питания однофазных потребителей, выравнивания фазного напряжения при несимметричной нагрузке фаз.
При переменном трехфазном токе проводники в схемах, помимо буквенного, имеют также и цветовое обозначение:
– фазы А, В, С — желтый, зеленый, красный цвета соответственно;
– нулевой рабочий проводник N — голубым цветом;
– нулевой защитный проводник РЕ — чередующимися продольными или поперечными полосами одинаковой ширины желтого и зеленого цветов;
– совмещенный нулевой рабочий и защитный проводник PEN — голубой цвет по всей длине и желто-зеленые полосы на концах проводника.
Соотношение мощностей (рис. 2.6):
где S — полная мощность, ВА;
P — активная мощность, Вт;
Q — реактивная мощность, вар.
В схеме соединения обмоток зигзаг с нулем (см. рис. 2.4, в) соотношение токов, напряжений и мощностей аналогично схеме соединения обмоток в звезду. Соединение обмоток трансформатора в зигзаг используется для выравнивания фазного напряжения при несимметричной нагрузке и даже в случае обрыва линейного провода со стороны высшего напряжения (10 кВ), а также для повышения чувствительности релейной защиты к токам однофазного короткого замыкания. Но у такой схемы существуют свои недостатки:
– количество витков в фазе увеличено на 15%, в отличие от схемы звезда, соответственно увеличиваются габариты обмоток, изоляции, а также увеличивается вес трансформатора;
– усложняется схема соединений;
– увеличивается стоимость трансформатора.
Соединение обмоток трансформаторов в звезду без нулевого провода и
в треугольник используется в сетях 35 и 10 кВ.
При соединении обмоток в треугольник (рис. 2.7) соотношение напряжений и токов следующее:
Порядок выполнения работы
1. Определить у сухого однофазного трансформатора где первичная и вторичная обмотки. Произведя соответствующие измерения вычислить коэффициент трансформации трансформатора.
2. Произвести соединение обмоток сухого трехфазного трансформатора по схеме звезда-звезда. Соединить нагрузки на стенде по схеме звезда. Произвести измерение фазных и линейных токов и напряжений в нагрузке.
3. Произвести соединение обмоток сухого трехфазного трансформатора по схеме звезда-звезда. Соединить нагрузки на стенде по схеме треугольник. Произвести измерение фазных и линейных токов и напряжений в нагрузке.
Содержание отчёта
1. Назначение магнитопровода трансформатора.
2. Классификация обмоток трансформатора.
3. Схемы при соединении нагрузок в треугольник и звезду.
4. Результаты измерений фазных и линейных токов и напряжений.
Контрольные вопросы
1. Для чего предназначен магнитопровод?
2. Из чего выполняется магнитопровод?
3. Поясните назначение и исполнение обмоток трансформатора.
4. Перечислите достоинства и недостатки медной обмотки в сравнении с алюминиевой.
5. Каким образом формула 
определяет потери напряжения, и потери мощности в обмотках?
6. Как выполняется маркировка обмоток трансформаторов?
7. Приведите схемы соединений однофазных и трёхфазных обмоток.
8. В чем отличие последовательного, согласного и встречного соединения обмоток?
9. Покажите направление векторов ЭДС в схемах соединения обмоток.
10. Опишите условия параллельного соединения двух и более обмоток.
11. Приведите соотношение токов, линейных и фазных напряжений, мощностей Р, Q, S для схемы соединения в треугольник.
12. Приведите соотношение токов, линейных и фазных напряжений, мощностей Р, Q, S для схемы соединения в звезду.
13. Приведите достоинства и недостатки следующих схем соединения обмоток трансформаторов: звезда, треугольник, зигзаг.
3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3
ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Цель работы: исследовать однофазный трансформатор в опытах холостого хода и короткого замыкания, а также снять внешнюю характеристику трансформатора.
Основные теоретические сведения
Простейший силовой трансформатор состоит из магнитопровода (сердечника), выполненного из ферромагнитного материала (шихтованная листовая электротехническая сталь), и двух обмоток, расположенных на стержнях магнитопровода (рис. 3.1). Одна из обмоток, которую называют первичной, присоединена к источнику переменного тока Г на напряжение U1. К другой обмотке, называемой вторичной, подключен потребитель ZНАГР. Первичная и вторичная обмотки трансформатора не имеют электрической связи друг с другом, и мощность из одной обмотки в другую передается электромагнитным путем. Магнитопровод, на котором расположены обмотки, служит для усиления индуктивной связи между обмотками.
Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки w1 к источнику переменного тока Г под действием напряжения U1 в витках этой обмотки протекает переменный ток I1. При отсутствии нагрузки на вторичной обмотке w2 этот ток будет являться током холостого хода, а его действующее значение будет зависеть от сопротивления трансформатора:
.
Этот ток создает основной магнитный поток ФОСН и магнитный поток рассеяния ФРС, при этом 
. Замыкаясь в магнитопроводе, основной магнитный поток сцепляется с обеими обмотками (первичной и вторичной) и индуцирует в них электродвижущие силы ЭДС:
– в первичной обмотке ЭДС самоиндукции:
| Действующее значение | Мгновенное значение |
| 
|
– во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции:
| Действующее значение | Мгновенное значение |
| 
|
При подключении нагрузки ZНАГР (R, XL, XC) к выводам вторичной обмотки трансформатора под действием ЭДС Е2 в цепи этой обмотки создается вторичный ток I2 — ток нагрузки, а на выводах вторичной обмотки устанавливается напряжение U2. Действующее значение тока во вторичной обмотке определяется законом Ома:
Ток I2 создает свой магнитный поток Ф2, направленный встречно Ф1. В результате основной магнитный поток будет складываться из двух магнитных потоков Ф1 и Ф2, направленных встречно, и будет равен магнитному потоку трансформатора в режиме холостого хода:
Из уравнений ЭДС видно, что е1 и е2, наводимые в обмотках трансформатора, отличаются друг от друга лишь за счёт разного числа витков w1 и w2 в обмотках, поэтому, применяя обмотки с требуемым соотношением витков, можно изготовить трансформатор на любое отношение напряжений.
В повышающих трансформаторах U2 > U1, а в понижающих U1 > U2. Обмотку трансформатора, подключенную к сети с более высоким напряжением, называют обмоткой высшего напряжения (ВН); обмотку, присоединенную
|
|
|
