ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Цель работы: исследование однофазного трансформатора под нагрузкой.

1.1 Содержание работы

1. Определение параметров схемы замещения при помощи опытов холосто- го хода и короткого замыкания.

2. Снятие нагрузочной и рабочих характеристик трансформатора.

1.2 Описание лабораторной установки

Модель для исследования трансформатора показана на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Модель для исследования однофазного трансформатора Модель содержит:

- источник переменного напряжения (AC Voltage Source)

теки SimPowerSystems/Electrical Sources;

E1 из библио-

- исследуемый трансформатор (SimPowerSystems/ Elements/ Linear Trans- former);

- нагрузку (SimPowerSystems/ Elements/ Series RLC Branch);

- измерители напряжения (SimPowerSystems/ Measurement/ Voltage Meas-

urement)

V1 , V2

и  измерители  тока (SimPowerSystems/ Measurement/

Current Measurement)

I1 ,

I 2 в цепях трансформатора;

- измерители активной и реактивной мощности в цепях трансформатора (SimPowerSystems/ Extra Library/ Measurements/ Active & Reactive Pow- er);

- блок пользователя (SimPowerSystems / Powergui), который измеряет зна-

чения V1 , V2 , I1 , I 2 ;

- блоки дисплеев (Simulink / Sinks / Display) для количественного пред- ставления измеренных мощностей и блок осциллографа (Simulink / Sinks / Scope) для наблюдения формы кривых тока и напряжения во вто- ричной цепи;

Параметры трансформаторов для выполнения лабораторной работы при- ведены в таблице 1.1.

 

Таблица 1.1 – Параметры трансформаторов

№	U1, В	Sн,кВА	U2, В	Uк, %	Pк, Вт	P10, Вт	I10, %
1	660	10	400	3,8	300	80	6,0
2	660	10	400	4,5	280	90	7,0
3	660	16	400	3,8	400	120	5,2
4	660	16	400	4,5	400	125	5,8
5	660	25	400	3,8	600	155	4,1
6	660	25	400	4,5	560	180	4,8
7	660	40	400	3,8	880	220	3,7
8	660	40	400	4,5	800	250	4,0
9	660	63	400	3,8	1280	290	3,1
10	660	63	400	4,5	1090	355	3,3
11	660	100	400	3,8	1450	390	2,7
12	660	100	400	4,5	2060	500	2,7

 

При моделировании трансформатора базовыми значениями параметров трансформатора являются: расчетная полная мощность S, обозначенная как Pn[VА], номинальная частота (Гц), дей- ствующее номинальное напряжение (В) соответствующей обмотки.

При описании параметров трансформатора используется дополни-тельная система параметров, принятая в европейской промышленности и на-зываемая в описании пакета pu -системой. В ней электрические величины выражаются в долях от некоторых базовых параметров, представленных ни-же, которые обозначаются Rbase и Lbase.

 

Запись обозначений здесь не вполне корректна, так как при формальном математическом подходе означает pu = Rbase = Lbase , что является грубой ошибкой. На самом деле в системе pu -единиц под 1pu понимаются разные параметры.

Rbase =1pu=                                1.1

Lbase =1pu=                                   1.2

 

 

Приступая к моделированию необходимо для каждой обмотки найти от носительные сопротивления и индуктивности. Удобство задания параметров в относительных единицах заключается в том, что относительные сопротивления и индуктивности первичной и вторичной обмоток оказываются равными.

Расчет относительных параметров трансформатора осуществляется на основании паспортных данных завода изготовителя по выражениям:

 

 

Если известны параметры обмоток в Ом и Гн, можно пе-ресчитать их в pu -параметры по формулам:

Ri[pu]=	Ri[Ом]		;	Li[pu]=	Li[Гн]		.	(5)
	Rbase[Ом]				Lbase[Гн]

Ряд блоков пакета SimPowerSystem выполнены специально в варианте задания pu -параметров.

 

Примечание: при выполнении расчетов обращайте внимание на размер- ность значений, приведенных в таблице 1.1.

В полях окна настройки параметров трансформатора (рисунок 1.2) после- довательно задаются:

- мощность трансформатора и частота;

- действующее напряжение и относительные параметры схемы замеще- ния первичной обмотки;

- действующее напряжение и относительные параметры схемы замеще- ния вторичных обмоток;

- относительные параметры ветви намагничивания;

- переменные состояния трансформатора, которые измеряются блоком

Multimeter.

Рисунок 1.2 – Окно настройки однофазного линейного трансформатора

Поскольку блок Multimeter не используется, то в поле Measurement из вы- падающего меню выбирается опция None.

В полях окна настройки нагрузки (рисунок 1.3) задаются значения R,L,С.

Рисунок 1.3 – Окно настройки параметров нагрузки

Для исключения реактивных элементов индуктивность должна быть за- дана равной нулю, а емкость – бесконечности ( inf ).

В полях окна настройки параметров источника питания (рисунок 1.4) за- даются:

- амплитуда напряжения источника (В);

- начальная фаза в градусах;

- частота (Гц);

- образец времени (с);

-

переменные, измеряемые блоком Multimeter.

Рисунок 1.4 – Окно настройки источника питания

Напряжение и частота источника должны соответствовать параметрам трансформатора.

В окне настройки параметров измерителя мощности указывается частота, на которой измеряется активная и реактивная мощность.

В полях окна настройки дисплея (рисунок 1.5) указывается формат пред- ставления числовых результатов, в поле Decimation (разбивка) задается число шагов вычисления, через которые значения выводятся на дисплей.

Рисунок 1.5 – Окно настройки дисплея

 

1.3 Порядок выполнения работы

Тип трансформатора для выполнения работы задается преподавателем.

Заполняется окно настройки параметров моделирования.

Определение параметров схемы замещения и сравнение их с заданными в окне настройки производится при помощи методов холостого хода и короткого замыкания. При холостом ходе нагрузка отключена, трансформатор запитан номинальным напряжением.

Действующие значения напряжений и токов трансформатора определяются в окне блока Powergui.

Рисунок 1.5 – Окно установившихся значений блока Powergui.

 

Активная мощность в режиме холостого хода равна потерям в сердечнике трансформатора.

Относительные параметры ветви намагничивания рассчитываются по вы- ражениям (1.3-1.4).

Опыт короткого замыкания проводится при коротком замыкании во вто- ричной цепи. При этом напряжение источника питания должно быть равно на- пряжению короткого замыкания трансформатора.

Активная мощность в режиме короткого замыкания при первичном токе короткого замыкания равном номинальному, определяет потери в обмотках трансформатора. После проведения опытов и расчета параметров следует срав- нить их с теми, которые были введены в окно параметров.

Снятие нагрузочной и рабочих характеристик трансформатора произво- дится на модели (рисунок 1.1) при изменении мощности нагрузки в диапазоне (0,2÷1,2)·S ном с шагом (0,1÷0,2)· S ном При этом для каждого значения сопро- тивления нагрузки осуществляется моделирование.

Сопротивление нагрузки рассчитывается по формуле:

При проведении исследований заполняется таблица 1.2.

Таблица 1.2 – Измеренные и рассчитанные значения

Нагр.	Измерения								Вычисления
Rн [Ом]	Р1 [Вт]	Q1 [ВА]	U1 [B]	I1 [A]	P2 [Вт]	Q2 [ВА]	U2 [B]	I2 [A]	j1 [град]	cosj1 [град]	h

 

Вычисления производятся по выражениям:

                    

                            h = P2 ;j = arctg Q1

P1                                                                                      P1

По данным таблицы строится нагрузочная характеристика трансформато- ра и на отдельном рисунке – рабочие характеристики. Формы напряжения и то- ка на вторичной обмотке трансформатора, полученные с помощью осциллогра- фа Scope.

 

 

1.4 Содержание отчета

1. Номер лабораторной работы и варианта, тема, цель.

2. Схема модели и описание виртуальных блоков.

3. Сравнительная таблица заданных и определенных из опытов холостого хода и короткого замыкания параметров трансформатора.

4. Внешняя характеристика трансформатора U ₂ = f ( I ₂ )

5. Рабочие характеристики трансформатора η = f ( I ₂ ), cosφ2  = f ( I ₂ ), I ₁ = f ( I ₂ ).

6. Выводы по работе.

1.5 Контрольные вопросы

1. Основные характеристики трансформатора.

2. Структура потерь в трансформаторе и их источники.

3. Основные коэффициенты трансформатора.