Исследование однофазного трансформатора

1. Цель работы

Исследование однофазного трансформатора, нагруженного актив­ным сопротивлением.

2. Указания к выполнению работы

К выполнению лабораторной работы следует приступить после изучения разделов 2.2-2.7. В качестве дополнительной литературы ре­комендуется воспользоваться [4, 5, 13].

3. Содержание работы

3.1. Определение параметров схемы замещения при помощи опы­тов холостого хода и короткого замыкания.

3.2. Снятие нагрузочной и рабочих характеристик трансформатора.

4. Описание виртуальной лабораторной установки

Виртуальная лабораторная установка представлена на рис. 6.1.1. Модель содержит:

Ø источник переменного напряжения Е₁ из библиотеки Power System Blockset/Electrical Sources;

Ø измерители напряжения V₁, V₂ и измерители тока I₁, I₂ в первич­ной и вторичной цепях трансформатора из библиотеки Power System Blockset/Measurement;

Ø исследуемый трансформатор (Linear Transformer) и нагрузку (R Load) из библиотеки Power System Blockset/Elements;

Ø измерители активной и реактивной мощности в первичной и вторичной цепях трансформатора (Р₁, Q₁, P₂, Q₂) из библиотеки Power System Blockset/Extras/Measurement;

Ø блок пользователя (Powergui), который измеряет значения V_b, V₂, I₁,I₂;

Ø блоки Display I, Display2 для количественного представления из­меренных мощностей и блок , Scope для наблюдения формы кри­вых тока и напряжения во вторичной цепи являются блокам главной библиотеки Simulink/Sinks.

Параметры трансформаторов душ выполнения лабораторной работы приведены в таблице 6.1.1.

Таблица 6.1.1

Тип трансформатора	Sн [кВА]	Uк [В]	Pк [Вт]	Р10 [Вт]	І10 [%]
ТС-10/066	10	4,5	280	90	7
ТС-16/066	16	4,5	400	125	5,8
ТС-25/066	25	4,5	560	180	4,8
ТС-40/066	40	4,5	800	250	4,0
ТС-63/066	63	4,5	1090	355	3,3
ТС-100/066	100	4,5	1500	500	2,7
ТС-160/066	160	4,5	2060	710	2,3

Рис. 6.1.1. Модель для исследования однофазного трансформатора

Ниже исследуется трансформатор типа TС-100/066. Расчет пара­метров схемы замещения трансформатора осуществляется по выраже­ниям (2.18-2.21) или используя программу, представленную листин­гом 2.1, (гл. 2).

Окно настройки параметров трансформатора показано на рис. 6.1.2.

Рис. 6.1.2 Окно настройки параметров трансформатора

В полях окна последовательно задаются:

Ø мощность трансформатора и частота;

Ø действующее напряжение и относительные параметры схемы замещения первичной обмотки;

Ø действующее напряжение и относительные параметры схемы замещения вторичных обмоток;

Ø относительные параметры ветви намагничивания;

Ø переменные состояния трансформатора, которые измеряются блоком Multimeter.

Поскольку блок Multimeter не используется, то в поле Measurement из выпадающего меню выбрана опция None.

Окно настройки параметров источника питания показано на рис. 6.1.3. В полях окна задаются:

Ø амплитуда источника (В);

Ø начальная фаза в градусах;

Ø частота (Гц);

Ø образец времени (с);

Ø переменные, измеряемые блоком Multimeter.

Напряжение и частота источника должны соответствовать парамет­рам трансформатора.

Рис. 6.1.3. Окно настройки параметров источника питания

Окно настройки параметров нагрузки показано на рис. 6.1.4. В по­лях окна задаются R, L, С параметры нагрузки. Для исключения реак­тивных элементов индуктивность должна быть задана равной нулю, а емкость — бесконечности (inf). В окне настройки параметров измери­теля мощности (рис. 6.1.5.) указывается частота, на которой измеряет­ся активная и реактивная мощность. Окно настройки дисплея показа­но на рис. 6.1.6. В полях окна настройки указывается формат представления числовых результатов, в поле Decimation (разбивка) за­дается число шагов вычисления, через которые значения выводятся на дисплей.

Рис. 6.1.4. Окно настройки параметров нагрузки

Рис. 6.1.5. Окно настройки измерителя активной и реактивной мощности

Рис. 6.1.6. Окно настройки дисплея

5. Порядок выполнения работы

Тип трансформатора для выполнения работы задается преподавате­лем. При самостоятельной работе эти данные можно взять из рис. 6.1.2. Окно настройки параметров моделирования показано на рис. 6.1.7.

Рис. 6.1.7. Окно настройки параметров моделирования

Определение параметров схемы замещения по п. 3.1 содержания работы и сравнение их с заданными в окне настройки (рис. 6.1.2) производится при помощи методов холостого хода и короткого замы­кания. При холостом ходе нагрузка отключена, трансформатор запитан номинальным напряжением. Действующие значения напряжений и токов трансформатора при холостом ходе определяются в окне блока Powergui (рис. 6.1.8).

Напомним, что активная мощность в режиме холостого хода равна потерям в сердечнике трансформатора.

Относительные параметры ветви намагничивания рассчитываются по выражениям (2.18-2.21) (программа, листинг 2.1).

Рис. 6.1.8. Окно блока Powergui с результатами измерения

Опыт короткого замыкания проводится при коротком замыкании во вторичной цепи. При этом напряжение источника питания должно быть равно напряжению короткого замыкания трансформатора, (U_k = 29,7 В).

Напомним, что активная мощность в режиме короткого замыкания ‘при первичном токе короткого замыкания равным номинальному, оп­ределяет потери в обмотках трансформатора. После проведения опы­тов и расчета параметров следует сравнить их с теми, которые были введены в окно параметров (рис. 6.1.2).

Снятие нагрузочной и рабочих характеристик трансформатора про­изводится на модели (рис. 6.1.1) при изменении сопротивления на­грузки (0,2÷1,2) R_ном. При этом для каждого значения сопротивления нагрузки осуществляется моделирование. Номинальное сопротивление нагрузки рассчитывается по формуле

(6.1.1)

Обозначения соответствуют таблице рис. 6.1.2. При проведении ис­следований заполняется таблица 6.1.2.

Таблица 6.1.2

Нагр.	Измерения	Вычисления
Rн [Ом]	Р1 [Вт]	Q1 [ВАр]	U1 [В]	I1 [А]	Р2 [Вт]	Q2 [ВАр]	U2 [В]	I2 [А]	[град]	cos [град]

Вычисления производятся по выражениям:

(6.1.2)

По данным таблицы строится нагрузочная характеристика трансформатора и на отдельном рисунке — рабочие характеристики. Фор­му напряжения и тока на вторичной обмотке трансформатора, полу­ченные с помощью осциллоскопа Scope представлены на рис. 6.1.9.

Рис. 6.1.9. Формы напряжения и тока на вторичной

обмотке трансформатора

6. Содержание отчета

6.1. Схема модели и описание виртуальных блоков.

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

6.3. Нагрузочная характеристика трансформатора U₂ =f(I₂).

6.4. Рабочие характеристики трансформатора , cos,I₁, U₂ =f(I₂).