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) E 1 из библио-теки SimPowerSystems/Electrical Sources;
- исследуемый трансформатор (SimPowerSystems/ Elements/ Linear Trans- former);
- нагрузку (SimPowerSystems/ Elements/ Series RLC Branch);
- измерители напряжения (SimPowerSystems/ Measurement/ Voltage Meas-urement) V 1, V 2и измерители тока Current Measurement) I 1, I 2 в цепях трансформатора;измерители активной и реактивной мощности в цепях трансформатора (SimPowerSystems/ Extra Library/ Measurements/ Active & Reactive Power);
блок пользователя (SimPowerSystems/ Powergui), который измеряет значения V 1, V 2, I 1, 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, % |
| 3,8 | 6,0 | ||||||
| 4,5 | 7,0 | ||||||
| 3,8 | 5,2 | ||||||
| 4,5 | 5,8 | ||||||
| 3,8 | 4,1 | ||||||
| 4,5 | 4,8 | ||||||
| 3,8 | 3,7 | ||||||
| 4,5 | 4,0 | ||||||
| 3,8 | 3,1 | ||||||
| 4,5 | 3,3 | ||||||
| 3,8 | 2,7 | ||||||
| 4,5 | 2,7 |
|
|
При моделировании трансформатора базовыми значениями параметров трансформатора являются: расчетная полная мощность S, обозначенная как Pn [VА], номинальная частота (Гц), действующее номинальное напряжение (В) соответствующей обмотки.
При описании параметров трансформатора используется дополнительная система параметров, принятая в европейской промышленности и называемая в описании пакета pu -системой. В ней электрические величины выражаются в долях от некоторых базовых параметров, представленных ниже, 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 1 pu понимаются разные параметры.
Rbase =1 pu=  1.1
|
Lbase =1 pu= 
1.2
Приступая к моделированию необходимо для каждой обмотки найти относительные 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 выражениям (1.3-1.4).
Опыт короткого замыкания проводится при коротком замыкании во вторичной 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 производится на модели (рисунок 1.1) при изменении мощности нагрузки в диапазоне (0,2÷1,2)· Sном с шагом (0,1÷0,2)· Sном При этом для каждого значения сопротивления 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 | h |
| хх | |||||||||||
| кз | |||||||||||
Вычисления производятся по выражениям:
h = P 2;j = arctg Q 1
P 1 P 1
По данным таблицы строится нагрузочная характеристика трансформатора и на отдельном рисунке – рабочие характеристики. Формы напряжения и то- ка на вторичной обмотке трансформатора, полученные с помощью осциллографа 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 U2=f(I2)
5. Рабочие характеристики трансформатора η=f(I2), cosφ2 =f(I2), I1=f(I2).
6. Выводы по работе.
1.5 Контрольные вопросы
1. Основные характеристики трансформатора.
2. Структура потерь в трансформаторе и их источники.
3. Основные коэффициенты трансформатора.