Исследование согласующих свойств трансформатора

  МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  

 «УФИМСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ» 

Кафедра электротехники и электрооборудования  предприятий 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ОТЧЕТ

о лабораторной работе № 3

Исследование  согласующих свойств трансформатора

Вариант № 6. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: студ. гр. БГР-09-01                                                 С.Р. Мамутов   

                            

Проверил: ассистент                                                                П.А. Хлюпин                                                        
 

УФА-2011

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ 
1. Ознакомление с принципом действия трансформатора.
2. Исследование применения трансформатора для обеспечения задаваемой мощности нагрузки.
3. Исследование применения  трансформатора для обеспечения заданного КПД  передачи электроэнергии.

 

2. ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ

      Необходимые сведения о трансформаторах изложены в литературе [1].

Выполнение лабораторной работы основывается  на применении   идеального трансформатора, что позволяет существенно упростить восприятие возможностей трансформатора как согласующего преобразователя.

      Исходная  схема замещения однофазного  трансформатора с одной первичной  и одной вторичной обмотками  показана на рис. 1,а.

 

 

На рисунке  обозначено: - сопротивление первичной обмотки; - индуктивность рассеивания первичной обмотки; - приведенное сопротивление вторичной обмотки , где K – коэффициент трансформации по напряжению; - приведенная индуктивность рассеивания вторичной обмотки ; - сопротивление, отображающее потери в магнитопроводе трансформатора; - индуктивность первичной обмотки; - приведенное сопротивление нагрузки ; - напряжение на первичной обмотке; - ток первичной обмотки; - ток холостого хода; - приведенный ток вторичной обмотки ; - приведенное напряжение на нагрузке . При идеализации трансформатора принимается отсутствие всех потерь (КПД трансформатора  равен 1). Элементы , , , , имеют нулевые значения, а имеет настолько большое значение, что на рабочей частоте током  по сравнению с током можно пренебречь. Таким образом осуществлен переход к идеальной схеме замещения, которая показана на рис. 1,б. 

3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО МАКЕТА

      Для выполнения лабораторной работы используется ПЭВМ с загруженной моделирующей программой Electronics Workbench 5.0. Блок, используемых в работе виртуальных схем, находится  в файле Lab3W.ewb.

      Схемы блока показаны на рис. 1, рис. 2 и рис. 3. Все схемы имеют источники  с  одинаковой ЭДС 1000 В,  нагрузкой (сопротивлением  R_N)  и линией, передающей энергию от источника к приемнику (сопротивление R_L). Значения последних двух параметров устанавливают в соответствии с вариантом задания.  Вольтметры имеют максимальное внутреннее сопротивление, амперметры – минимальное. Трансформаторы идеальные. Для них в меню трансформаторов Models ® Edit устанавливается сопротивление первичной и вторичной обмоток RP и RS 0,000001 Ом, индуктивность рассеивания LE  0,0 Гн,  индуктивность первичной обмотки LM 1000 Гн. Коэффициент трансформации устанавливается в строке Primary-to-Secondary turns ratio (N). 

4. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ  ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ОБРАБОТКА  ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
1. Рассчитать  и установить параметры схем.

При выполнении принять:

 R_L = 38 (Ом);    R_N =22 (Ом),

Значения параметров занести в таблицу 1.

                                         Таблица 1

Параметры схем  варианта №5

 

2.  Определить  энергетические соотношения в  цепи без трансформаторов по  схеме на рис. 2.

      При выполнении включить схему зафиксировать показания приборов и произвести расчеты согласно таблице 2. 

 

В таблице: - мощность потерь в линии передачи  ; - мощность нагрузки (потребляемая мощность) ; h - КПД передачи энергии .

                                                                                                              Таблица 2

Таблица данных и расчетов по п. 4.2

 

3. Для схемы  на рис. 3 осуществить согласованный  режим и определить  энергетические соотношения.

 

      При выполнении исходить из того, что нагрузка включена через трансформатор и для согласованного режима следует . Требуемое, для согласования, значение коэффициента трансформации . Определить его и установить в схеме.  Включить схему зафиксировать показания приборов и произвести расчеты согласно таблице 3.

                                                                                                             Таблица 3

Таблица данных и расчетов по п. 4.3

 

В данном случае .

4. Для схемы на рис. 4 осуществить режим с КПД передачи энергии и с мощностью  нагрузки равной .

     При выполнении вначале следует определить требуемое значение приведенного сопротивления нагрузки. Из выражения

,

следует

.

Имеем расчетную  формулу

,  где   .

После расчета  определить коэффициент трансформации .

После установки  коэффициента трансформации включить схему, записать в таблице 4 показания  приборов и результат требуемых  расчетов.

     При выполнении вначале следует определить сквозной коэффициент трансформации. Из значения требуемой мощности .

Сквозной коэффициент  трансформации  . 

Затем требуется  найти значение приведенного к первичной  обмотке трансформатора TR2 сопротивления .

КПД передачи  . Необходимо  заметить,

что это выражение  соответствует выражению потери напряжения в цепочке  . Из полученного выражения имеем формулу . Коэффициент трансформации второго трансформатора  . Так как сквозной коэффициент трансформации равен , то коэффициент трансформации первого трансформатора  . После расчета установить в трансформаторах схемы найденные значения коэффициентов. Включить  схему и заполнить таблицу 4.

 

Таблица 4

Таблица данных и расчетов по п. 4.5

 

В таблице затрачиваемую  источником мощность определить как  , а КПД передачи .                                                                                                                       

Выводы :

1. Трансформатор – это устройство для преобразования каких-либо существенных свойств энергии или объектов (устройств). Наиболее распространены трансформаторы электрические и гидротрансформаторы, представляющие собой устройства для изменения физических величин, характеризующих соответственно электрическую и механическую энергию. 
2. При выборе числа и мощности силовых трансформаторов используют методику технико-экономических расчетов, а также учитывают такие показатели, как надежность электроснабжения потребителей, расход цветного металла и потребная трансформаторная мощность. Для удобства эксплуатации систем промышленного электроснабжения стремятся к применению не более двух-трех стандартных мощностей трансформаторов, что ведет к сокращению складского резерва и облегчает взаимозаменяемость трансформаторов. Желательна установка трансформаторов одинаковой мощности, но такое решение не всегда выполнимо. Выбор трансформаторов следует производить с учетом схем электрических соединений подстанций, которые оказывают существенное влияние на капитальные вложения и ежегодные издержки по системе электроснабжения в целом, определяют ее эксплуатационные и режимные характеристики.
3. За счет чего при использовании двух трансформаторов повышают КПД передачи электроэнергии?

 

6. СПИСОК  РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

     6.1 Основная литература:

     1 Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. – М.: Высшая школа, 2002.

     6.2 Дополнительная литература 

     1  Борисов Ю.М., Липатов Д.Н. Общая  электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1983.

     2  Герасимов В.Г.(ред.) Основы промышленной  электроники. М.: Высшая школа, 1986.