ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ И ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тверской государственный технический университет»
(ТвГТУ)
Кафедра электроснабжения и электротехники
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ С ОСНОВАМИ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
Методические указания к лабораторным работам для бакалавров по
направлению 270800 «Строительство»
Тверь 2013
Составители: Романова Л.А., Узикова Т.И., Корнеев К.Б.
УДК – 621.3(075.8)
ББК – 31.2я7
Лабораторные работы по курсу «Электроснабжение с основами электротехники» предназначены для практического ознакомления студентов с основами электроснабжения и электротехники.
Методическое указание соответствует требованиям Государственного образовательного Стандарта и охватывает основные разделы лекционного курса.
Лабораторные работы рассчитаны на подготовку бакалавров по направлению 270800 « Строительство» всех форм обучения.
Методические указания к лабораторным работам по курсу «Электроснабжение с основами электротехники» обсуждены на заседании кафедры «Электроснабжение и электротехники» (протокол № 8 от апреля 2013г. )
Составители: Романова Л.А
Узикова Т.И.
Корнеев К.Б.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ И МЕТОДОВ РАСЧЁТА
ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ОДНИМ
ИСТОЧНИКОМ ПИТАНИЯ.
|
|
|
1.Цельработы.
1.1. Ознакомление с методами и погрешностями измерения токов, напряжений и сопротивлений с помощью амперметра и вольтметра.
1.2.Расчёт линейных электрических цепей с одним источником питания.
1.3.Исследование мостовой цепи постоянного тока с резистивным датчиком.
2.Схема лабораторной работы и её описание.
Рисунок 1.1. Функциональный блок постоянного тока.
ВНИМАНИЕ! При выполнении лабораторной работы все выключатели неиспользуемые в работе должны быть выключены (тумблер вниз).
Для выполнения лабораторной работы собирается схема питания ЛАТРа на функциональном блоке синусоидального тока ( TV2) –нижний конец ЛАТРа подключается перемычкой к фазе «В», тумблер переключения пределов регулирования напряжения ЛАТРа в положение «0 
110»,SA3 –подключает ЛАТР к сети.
Напряжение на выходе ЛАТРа регулируется двумя переключателями: левый – с шагом 10В и правый – с шагом 1В. При этом левый переключатель имеет рабочее положение «0», «10», «20», а правый работает во всех положениях. Напряжение на выходе ЛАТРа устанавливается не более 20 25В.
ТумблерSA11 должен быть замкнут (верхнее положение).
|
|
|
Измерительный мост включается тумблером SA7 (верхнее положение).
3. Подготовка к работе
3.1. Начертить схему измерительного моста, исследуемого в работе рис.1.2.
Рисунок 1. 2. Схема измерительного моста.
3.2. Подготовить таблицы 1.1 1.4.
4. Порядок выполнения работы.
4.1 Экспериментально мультиметром проверить технические данные моста и записать в таблицу 1.1.
Таблица 1.1. Технические данные измерительного моста.
| R20, кОм | R22, кОм | R23, кОм | R24, кОм | UСТ ,В | |
| Дано | 4,7 | 10,0 | 4,7 | 
|
|
| Измерено |
4.2. Рассчитать 
сопротивление уравновешенного моста, из условия равновесия моста: R1 
R22 = R20 R23.
R1Н.У = R1 (1+N) сопротивление неуравновешенного моста, гдеN–номер бригады.
4.3. На функциональном блоке рис. 1.1 собрать схему измерительного моста, представленную на рис. 1. 2, установив расчётное значение R1.
4.4.Рабочий режим моста. Рабочий режим устанавливается переключателемSA13 в положение «2» В рабочем режиме измеряется напряжение Uab вольтметром PV1 и токI3 амперметром РА3. SA11 – вверх. Замкнуть (вверх) SA7. Переключатель ЛАТРа перевести в диапазон «0 – 110». Замкнуть SA3 (вверх) и по синей шкале установить UСТ = 20 B. В рабочем режиме уравновешенного и неуравновешенного мостаизмерить: Uab, I3, рассчитать: R24 результаты записать в таблицу 2.2.
|
|
|
Таблица 2.2. Рабочий режим моста.
| Измерительные приборы | PV1 | PA3 |
| |
|
| R1, кОм | Uab, B | I3, мА | R24, кОм |
| Уравновешенный мост | ||||
| Расчёт | ||||
| Опыт | ||||
| Неуравновешенный мост | ||||
| Расчёт | ||||
| Опыт | ||||
Все выключатели перевести в нижнее положение.
4.5.Режим холостого хода. Режим холостого хода устанавливается переключателемSA13 в положение «3».В режиме холостого хода с резистором R24 измеряется напряжение Uabxx. вольтметром PV1 для уравновешенного и неуравновешенного моста.SA11 – вверх. Замкнуть (вверх) SA7,SA3. Результат записать в таблицу 2. 3.
Все выключатели перевести в нижнее положение.
4.6. Режим короткого замыкания.Режим короткого замыкания устанавливается переключателем SA13 в положение «1»В режиме короткого замыкания измеряется IК.З. амперметром PA3 измеряется ток короткого замыкания. SA11 – вверх. Замкнуть SA7, SA3. Результат записать в таблицу2. 3.
Таблица 2.3.Режим холостого хода и короткого замыкания
| Измер. приборы | PV1 | PA3 |
|
| ||
|
| UX.X.,B | IК.З.,мА | RК.З.,кОм | I3,А | ||
| Уравновешенный мост
| ||||||
| Расчёт | ||||||
| Опыт | ||||||
| Неуравновешенный мост | ||||||
| Расчёт | ||||||
| Опыт | ||||||
Все выключатели перевести в нижнее положение.
4.6. Установить рабочий режим моста SA13 в положение «2» Изменяя сопротивление резистораR1 cнять зависимость UВЫХ = 
(R1)
Таблица 2. 4.Зависимость UВЫХ = (R1)
| R1,кОм | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| UВЫХ,B (PV1) |
5. Обработка результатов измерений.
Перед каждой таблицей представить электрическую схему эксперимента (рабочий режим, режим холостого хода, режим короткого замыкания).
5.1 Для измеренного UСТ. иR24 рассчитать в рабочем режиме уравновешенного и неуравновешенного моста I3иUab(сопротивление ампер метрапринять RA=0). Предварительно преобразовать треугольник сопротивлений в эквивалентную звезду
Результаты расчёта записать в таблицу 2.
5.2. Рассчитать ток I3 по методу эквивалентного генератора для уравновешенного и неуравновешенного моста теоретически и экспериментально и сравнить с экспериментом.
Теоретически: 
;
а. Начертить схему для определения Uх.х. при разомкнутой ветви с сопротивлением R24 и рассчитать это напряжение при заданных параметрах.
б. Начертить схему для расчета RК.З. Рассчитать RК.З. = RВХ.– входное сопротивление относительно точек разрыва моста при закороченном источнике напряжения.
Результат записать в таблицу 2.3.
Экспериментально:
По результатам опыта холостого хода и короткого замыкания
5.3.По данным таблицы 2.4 построить зависимость UВЫХ = (R1). По полученной кривой определить значение R1, при котором мост находится в равновесии.
5.4. Изучить устройство, принцип действия приборов магнитоэлектрической системы (составить конспект).
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ, РЕЗИСТОРА И КОНДЕНСАТОРА.
1.Цель работы.
1.1. Определение параметров схемы замещения индуктивной катушки с магнитопроводом.
1.2. Изучение основных режимов работы электрической цепи при последовательном соединенииR,L, C.
1.3. Изучение методов построения векторных диаграмм напряжений и токов.
2. Схема лабораторной установки. 
|
|
|
|
Рисунок 2.1 Функциональный блок L1, R17.
Рисунок 2. 2 Функциональный блок L1, R17, C11.
На функциональном блоке, представленном на рисунке 2.1 проводится эксперимент по определению параметров катушки.
На рисунке 2. 2 представлен функциональный блок последовательного соединения L1, R17, C11 для анализа резонансных явлений.
3. Подготовка к работе.
3.1 Начертить электрическую схему для определения параметров катушки индуктивности рис. 2.3 и таблицу 2.1. Электрическую схему последовательного соединения XL, R17, C11 c включением измерительных приборов рис. 2.4 и таблицы 2.2; 2.3; 2.4.
4. Порядок выполнения работы.
ВНИМАНИЕ!Проверить что бы все выключатели были выключены.
4. 1Определение параметров схемы замещения катушки индуктивности.
Собрать на функциональном блоке рис. 2.1 схему для определения параметров катушки индуктивности соответствующую рис.2.3
Рисунок 2.3 Электрическая схема определение параметров катушки индуктивности.
Рисунок 2.4 Электрическая схема последовательного соединения L; C; R.
Замкнуть SA3. Регулируя напряжение ЛАТРом, установить номинальный режим работы IН = 0,8А, результаты измерений записать в таблицу 2.1
Таблица 2.1 Параметры схемы замещения катушки индуктивности.
| Опытн. данные | Расчётные значения | ||||||||
| PV3 | PA1 | PW | |||||||
| U,B | I,A | P,Вт | Z,Ом | ZК,Oм | ХL,Oм | RК,Ом | φК,град. | 
| L,Гн |
4.2 Экспериментальная проверка расчётного значения ёмкости конденсатора , Срез.при котором в цепи наступает резонанс напряжений.
На функциональном блоке рис. 2.2 собрать схему последовательного соединения катушки индуктивности , резистора R17, конденсатора С11, соответствующую схеме рисунок 2.4.
ВНИМАНИЕ! Прежде, чем устанавливать Срез., необходимо установить напряжение меньше расчётногоUмин. и затем довести до расчётного. ТумблерSA4 должен находиться в выключенном положение (рычажок – вниз).
Установить по результатам расчёта табл. 2.2 Uмин. при номинальном токе 
лить значение ёмкости при котором в последовательной цепи наступает резонанс напряжений. Результаты записать в таблицу 2.3.
Таблица 2.2 Расчёт резонансной ёмкости Срез.
| I, А | RОм. | Uмин., В | Срез., мкФ |
Таблица 2.3 Экспериментальное определение Срез.
| Экспериментальные значения | Расчёт | ||||
| PV3 | PA1 | PW |
|
| |
| U, В | I, A | P,Вт. | Срез. мкФ | 
| 
|
4.3 Изменяя ёмкость конденсатора С11 с шагом 10мкФ при Uмин ,снять зависимостьI = (C11), рассчитать = (C11), желательно контролировать UC11мультиметром. Результаты измерений и расчётов записать в таблицу 2.4
Таблица 2.4 Зависимости I= (C11) и = (C11)
|
| PV3 | PV2 | PA1 | PW | Расчёт | |
| С11, мкФ | U,B | 
| I,A | P,Вт | XC11,Ом | ,град.
|
| ||||||
|
| ||||||
|
| ||||||
5. Обработка результатов измерений.
Перед каждой таблицей представить электрическую схему эксперимента.
ZК = 
; 
Построить графики зависимости:I= 
(C11).
Для заданного режима работы построить векторную диаграмму тока и напряжений. Номер режима задаёт преподаватель. Для этого же режима построить совмещённые графики мгновенных значений напряжения и тока.
RK = 
R17 = R17 
L = 
C = 
Изучить устройство принцип действия приборов электромагнитной и электродинамической системы (подготовить конспект).
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТРЁХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЗВЕЗДОЙ.
1. Цель работы.
1.1. Исследование трёхфазной цепи при соединении потребителей звездой.
1.2. Изучение методов расчёта трёхфазных цепей при соединении потребителей звездой.
2. Схема лабораторной установки.
Рисунок 3.1. Функциональный блок система, соединённая звездой
В данной лабораторной работе исследуются трёхфазные системы с симметричной активной нагрузкой, несимметричной нагрузкой с нейтральным проводом и без нейтрального провода. На рисунке 3.2 представлена электрическая 4 – х проводная несимметричная система, на базе которой проводятся все эксперименты.
R41=R18(cтенда) +RK2(активное сопротивление катушки индуктивности).
3. Подготовка к работе.
3.1. Изучить классификацию трёхфазных цепей.
3.2. Начертить электрические схемы и к ним соответствующие таблицы для проведения опытов :
4 – х проводной симметричной активной нагрузки
4 – х проводной несимметричной нагрузки.
3 – х проводной несимметричной нагрузки.
4. Порядок выполнения лабораторной работы.
4.1 4 – х проводная симметричная активная нагрузка,R37 = R39 = R40, устанавливается закоротив следующие элементы: R38;C11;L2 иR41.Замкнуть SA14; SA15.
Измерить фазные напряжения, ток фазы «С» и ток в нейтральном проводе. Данные измерений записать в таблицу 3.1. По результатам эксперимента определить фазные токи.
Таблица 3.1. 4 – х проводная симметричная активная нагрузка.
| Экспериментальные данные | Расчётные значен. | ||||||
| PV4 | PV2 | PV3 | W | PA1 | РА2 |
|
|
| Ua, B | Ub, В | Uc, B | Pb+с, Вт | Ic, А | IN, А | R37, Oм | Р, Вт |
4.2. 4 – х проводная несимметричная нагрузка снять шунтирующие перемычки
Рассчитать параметры несимметричной нагрузки. Определить на функциональном блоке лаб. работы № 2: R41; XL2или принять равными
R41=67 Oм; XL2=134 Oм. Результаты расчётов записать в таблицу 3.2.
Таблица 3.2. Параметрынесимметричной нагрузки.
| Zа | Zb | Zc | ||||
| R39, Oм | R38, Ом | R40,Oм | XC11, Ом | R37, Ом | XL2, Ом | R41, Oм |
Набрать заданное значение ёмкости С11.
Измерить фазные напряжения, мощность, ток в нейтральном проводе. Рассчитать комплексные значения токов в фазах А, В, С и определить ток в нейтральном проводе. Результаты расчётов и измерений записать в таблицу 3.3.
Таблица 3.3. 4 – х проводная несимметричная нагрузка.
| Экспериментальные данные | Расчётные значения | |||||||
| PV4 | PV2 | PV3 | W | PA1 | PA2 |
|
|
|
| Ua, B | Ub, B | Uc, B | Pb+с, Вт | Ic, A | IN, A | Iа, А | Ib, А | Р, Вт |
4.3. 3 – х проводная несимметричная нагрузка.
Установить заданное значения емкости С11. Отключить нейтральный провод (разомкнуть SA15), а общую точку ваттметров PW1, PW2 подключить к фазе «А». Убедиться в неравенстве фазных напряжений нагрузки.
Рассчитать UnN напряжение смещения нейтрали, фазные напряжения и токи. Сравнить результаты расчёта и эксперимента.
Рассчитать активную мощность трёхфазной цепи и сравнить с показаниями ваттметров P = PW1+PW2. Результаты измерений и расчётов записать в таблицу 3.4.
Таблица 3.4. 3 – х проводная несимметричная нагрузка.
| Экспериментальные данные | Расчётные значения | |||||||
| PV4 | PV2 | PV3 | W | PA1 |
|
|
|
|
| Uа, В | Ub, В | Uc, B | P, Вт | Ic, A | Iа, А | Ib, А | P, Вт | UnN, B |
5. Обработка результатов измерения.
Перед каждой таблицей представить электрическую схему соединения.
Для режимов работы 4.1; 4.2; 4.3 построить топографические диаграммы напряжений, совмещённые с векторными диаграммами токов.
5.1 4 – х проводная симметричная активная нагрузка:
R37 = 
; R37 = R39 =R40;
4 – х проводная несимметричная нагрузка.
.
5.3. 3 – х проводная несимметричная нагрузка.
5.4. Изучить (подготовить конспект) устройство, принцип действия приборов индукционной системы (счётчик электрической энергии).
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ И ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА
1.Цель работы.
1.1 Изучение устройства и принципа действия однофазного трансформатора.
1.2 Изучение схемы замещения трансформатора и определения её параметров в опыте холостого хода (х.х.) и короткого замыкания (к.з.)
1.3 Изучение влияния характера нагрузки на внешнюю характеристику и к.п.д. трансформатора.
2. Описание лабораторной установки.
Исследование однофазного трансформатора производиться на наборном поле лабораторной установки представленном на Рис.1.
|
|
Рис.4.1 Функциональный блок трансформатора.
TV3 – исследуемый трансформатор.
TV2 – ЛАТР.
SA3 –выключатель для подачи напряжения на ЛАТР.
SA4 – замыкает вторичную обмотку трансформатора в опыте х.х.
Для выполнения лабораторной работы собирается схема питания ЛАТРа ( TV2) –нижний конец ЛАТРа подключается перемычкой к фазе «В». ЛАТР имеет два диапазона регулирования (110 ⟶ 260)В; (100 ⟵ 0)В. Напряжение на выходе ЛАТРа регулируется двумя переключателями: левый – с шагом 10В и правый – с шагом 1В. При этом левый переключатель имеет рабочее положение «0», «10», «20», а правый работает во всех положениях.
Паспортные данные исследуемого трансформатора TV3 представлены в таблице 1
Таблица 1. Паспортные данные трансформатора.
| Sн, Вт | U1н, В | U2н, В | I1н, А | I2н, А |
| 100 | 220 | 132 | 0,45 | 0,75 |
ВНИМАНИЕ! При выполнении лабораторной работы все выключатели неиспользуемые в работе должны быть выключены (тумблер вниз)..
3.1 Опыт холостого хода трансформатора.
Опыт холостого хода трансформатора (х.х.) выполняется на функциональном блоке лабораторной установки ( Рис.4.1). Замыкание контактов осуществляется в соответствии с электрической схемой Рис.4. 2.
Рис.4. 2. Опыт холостого хода трансформатора
При проведении опыта холостого хода трансформатора тумблер SA4 на наборном поле разомкнут (установить в нижнее положение).
Замкнуть SA3 и регулируя TV2 установить номинальное напряжение первичной обмоткиU=220B.
Показания приборов записать в таблицу4. 2.
Таблица4. 2. Опыт холостого хода
| ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ |
РАСЧЁТНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ
| ||||||
| PV3 | PV2 | PA1 | PW1 | ||||
| U10,B | U20,B | I10,A | P0,BT | R0,OM | Z0,OM | X0,OM | n |
Пользуясь показаниями приборов определить параметры схемы замещения трансформатора:
n – коэффициент трансформации
3.2. Опыт короткого замыкания.
Опыт короткого замыкания трансформатора (к.з.) выполняется на функциональном блоке лабораторной установки Рис.4.1. Замыкание контактов осуществляетя в соответствии с электрической схемой Рис.4.3. SA4 –замкнут (вверх); SA3 –замкнуть (вверх). Переключатель ЛАТРа установить на синюю шкалу. Изменяя напряжение первичной обмотки установить ток первичной обмотки трансформатора, соответствующий номинальному току 
Результаты измерений записываются в таблицу4.3.
Рис.4. 3 Опыт короткого замыкания
Таблица4.3. Опыт короткого замыкания
| электроизмерительные приборы и измеряемые величины |
РАСЧЁТНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ | |||||||||
| PW1 | PA1 | PA2 | PV3 | RК, | XК, | ZК, | R1, | X1, | R2, | X2, |
| PK , Вт | I1K, А | I2K , А | U1 ,В | Ом | Ом | Ом | Ом | Ом | Ом | Ом |
Пользуясь показаниями приборов PW1, PV3, PA2 определить параметры схемы замещения трансформатора:
Активные и реактивные сопротивления обмоток трансформатора:
3.3 Работа трансформатор под нагрузкой
В качестве нагрузки трансформатора используется цепочка R18, L2на функциональном блоке лабораторной установки Рис.4. 4. Соответствующая электрическая схема для определения параметров нагрузки представлена на Рис. 5.
Рис. 4.4 Функциональный блок нагрузки .
ВНИМАНИЕ! Тумблер SA4 должен находиться в выключенном положении (рычажок вниз)
Рис.4. 5. Электрическая схема нагрузки
Установить автотрансформатором TV2 напряжение U=110В и записать показания приборов в таблицу 4
Таблица 4.4. Параметры нагрузки 
| Экспериментальные | Расчётные значения | |||||||
| U,B | I,A | P,Bт | U2,B | Zн,Oм | XL2,Oм | R18,Oм | φн | 
|
Пользуясь показаниями приборов определить:
R= 
; 
CosφН = 
; R = R18 + RK2; R18 = 48Oм
На функциональном блоке установки Рис.4. 1 подключить нагрузку трансформатора R18, L2 cогласно Рис.4. 6. Установить ЛАТРом U1Н = 220В, измерить U2 – напряжение на вторичной обмотке под нагрузкой , сравнить с расчётным значением, I2 –ток вторичной обмотки.
Таблица 4. 5. Работа трансформатора под нагрузкой.
| Эксперимент. данные | Расчётные значения | |||||||
| U1, B | I1, A | U2, B | I2, A | 
| 
| 
| U2, B | 
|
Рассчитать:
потери напряжения;
U2 – напряжение на вторичной обмотке;
η – к.п.д. трансформатора под нагрузкой 
; ;
где 
Uk.a. –активная составляющая напряжения короткого замыкания
трансформатора.
Uk.p/.– реактивная составляющая напряжения короткого замыкания
трансформатора.
Рис.4. 6. Электрическая схема трансформатора под нагрузкой.
Построить внешнюю характеристику трансформатора 
Показать Т – образную схему замещения трансформатора и указать параметры.
|
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 525; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!