Файл: Практическая работа 2 По дисциплине Электрические машины и аппараты Тема Трансформаторы Специальность 13. 02. 11 Юртаев В. Е. Тээ 21д проверил преподаватель Сидоренко С. Р.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 251
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
.
В действительности токи в обмотках трансформатора напряжения не равны нулю. Поэтому за счет падения напряжения в сопротивлениях обмоток напряжение не равно э. д. с. Это является причиной неточности измерения, которая называется погрешностью напряжения
Для трансформаторов напряжения различных классов точности 0,5; 1; 3 устанавливается следующая допустимая погрешность напряжения соответственно ±0,5%; ±1%; ±3%. Кроме того, за счет падения напряжения в сопротивлениях обмоток трансформатора возникает неточность в передаче фазы напряжения — угловая погрешность
. Падение напряжения в сопротивлениях обмоток трансформатора 
приводит к тому, что векторы напряжений первичной обмотки U1 и приведенного напряжения вторичной обмотки с обратным знаком не совпадают (рис. 7.8, б). Угол между этими векторами определяет угловую погрешность, измеряемую в угловых минутах и влияющую на показания ваттметров, счетчиков и фазометров. Угловая погрешность считается положительной, если вектор— U2' опережает вектор U1.
Для трансформаторов напряжения классов точности 0,5 и 1 допускается угловая погрешность соответственно ±20 и ±40 мин. Для трансформаторов напряжения класса точности 3 угловая погрешность не нормирована.
В цепи вторичной обмотки трансформатора напряжения могут быть включены помимо вольтметра параллельные обмотки ваттметра, счетчика и др. Все эти приборы соединяют параллельно, чтобы на них воздействовало одно и то же напряжение. Включение большого числа приборов в цепь вторичной обмотки трансформатора напряжения вызывает увеличение токов в обмотках и увеличивает погрешность при измерении. Поэтому общая полная мощность присоединенных ко вторичной обмотке приборов не должна превышать измерительную мощность трансформатора напряжения, на щитке которого указывается наибольшая допустимая мощность нагрузки в вольтамперах.
Для напряжения до 6 кВ трансформаторы напряжения изготовляют сухими, т. е. с естественным воздушным охлаждением; для напряжений выше 6 кВ применяют масляные.
Трансформаторы напряжения могут быть трехфазными, имеющими такое же обозначение зажимов, как и у обычных силовых.
Для безопасности обслуживания и для большей надежности работы аппаратуры магнитопровод трансформатора напряжения и один зажим вторичной обмотки заземляют.
7.5. Трансформаторы с регулируемым напряжением
В устройствах автоматического регулирования и управления, в схемах совместной работы нескольких сетей для пусков асинхронных двигателей и регулирования их частоты вращения и во многих других случаях необходимо регулируемое напряжение. Наиболее простым способом изменения вторичного напряжения трансформатора или автотрансформатора является изменение числа витков обмотки, для чего на обмотке делают несколько отводов. С помощью переключателя изменяется число витков обмотки, а следовательно, и вторичное напряжение трансформатора или автотрансформатора. Недостаток такого способа изменения напряжения — необходимость отключения трансформатора от сети. Если бы мы начали производить регулирование напряжения под нагрузкой, то при изменении числа витков обмотки трансформатора часть витков оказалась бы замкнутыми накоротко, что повело бы к созданию чрезмерно больших токов и к выходу трансформатора из строя. Для ограничения токов к. з. на время переключения витков в цепь короткозамкнутых витков вводят активные или реактивные сопротивления. Существует ряд схем, позволяющих ограничить токи короткозамкнутых витков. Однако такие регуляторы очень громоздки и находят применение в трансформаторах большой мощности.
Ограничение токов короткозамкнутых витков при регулировании напряжения используется в ЛАТР (лабораторном автотрансформаторе регулируемом), который представляет собой автотрансформатор, часть витков обмотки которого оголена, а по оголенным проводникам перемещается угольная щетка (рис. 7.9).
Рис. 7.9. Принципиальная схема ЛАТР
Угольную щетку выполняют такой ширины, чтобы она могла перекрывать не более двух проводников, т. е. чтобы не более одного витка замыкалось щеткой накоротко. Большое переходное сопротивление между проводниками обмотки ЛАТРа и угольной щеткой ограничивает ток короткозамкнутого витка, ЛАТРы применяют в схемах электропитания радиоустройств, в лабораторном оборудовании и др.
Регулировать вторичное напряжение трансформатора можно не только изменением числа витков обмотки (первичной или вторичной), но и изменение магнитного потока, для чего используют либо перемещаемые катушки, либо подвижные магнитопроводы трансформаторов. Наиболее часто регулирование напряжения под нагрузкой обеспечивает трансформатор с подвижной короткозамкнутой катушкой (трансформатор Норриса), который позволяет равномерно изменять напряжение на выходе в широких пределах. Трансформатор с короткозамкнутой катушкой имеет удлиненный стальной сердечник с узким окном (рис.7.10, а). Чаще трансформатор выполняют по схеме автотрансформатора (рис.7.10, б). На сердечнике размещена обмотка трансформатора, состоящая из двух .катушек 1 и 2 с одинаковым числом витков, одна из катушек (катушка 1) является и вторичной обмоткой трансформатора. Катушки 1 и 2 намотаны встречно так, что магнитные потоки Ф1 и Ф2, создаваемые токами этих катушек, в любой момент времени равны и направлены встречно.
Рис. 7.10. Принципиальная схема устройства трансформатора с подвижной короткозамкнутой катушкой (а) и схема соединения его обмоток (б)
Поэтому по сердечнику они замкнуться не могут и вынуждены замыкаться через воздушное пространство в средней части окна. Поверх обмоток 1 и 2 намотана короткозамкнутая катушка К, которая может перемещаться по высоте стержня от крайнего нижнего до крайнего верхнего положения. Если катушка К находится в средней части между катушками 1 и 2, то она не сцеплена с магнитными линиями потоков Ф1 и Ф2 и не оказывает никакого влияния на эти катушки. Следовательно, в этом случае приложенное напряжение уравновешивается противоэлектродвижущими силами катушек 1 и 2 (если пренебрегать падением напряжения в сопротивлениях этих катушек), т. е. U1 =
Е1 Е2.
Катушки 1 к 2 находятся в одинаковых магнитных условиях, следовательно, их э. д. с. равны, т. е. Е1=Е2 и E1 = U1/2. Вторичное напряжение, примерно равное э. д. с. катушки 1, в рассматриваемом случае меньше приложенного напряжения, т. е.
U2=E1
U1/2..
Если мы переместим короткозамкнутую катушку в крайнее нижнее положение, то витки этой обмотки будут сцеплены со всем потоком Ф2, что поведет к значительному его уменьшению, и э. д. с. катушки 2 также уменьшится до малой величины. Для упрощения дальнейшего рассмотрения примем, что э. д. с. катушки 2 при крайнем нижнем положении короткозамкнутой катушки уменьшится до 0, т. е. Е2 = 0. Тогда U1 = Е1, т. е. вторичное напряжение равно первичному U2 = E1 U1
При положении короткозамкнутой катушки в какой-либо промежуточной точке между серединой стержня и крайнем нижнем положении не будет полной компенсации потока Ф2 и Е2
0, так что вторичное напряжение будет меньше напряжения сети. Изменением положения короткозамкнутой катушки от среднего по высоте стержня до крайнего нижнего положения можно получить на выходе регулятора любое напряжение от 0,5U1 до U1. Если короткозамкнутая катушка находится в крайнем верхнем положении и сцеплена со всем потоком Ф1 то Е1 0, так что вторичное напряжение U2 E1 = 0. Если короткозамкнутая катушка находится в какой-либо промежуточной точке между средним и крайним верхним положением по высоте, то полной компенсации потока Ф1 не будет и выходное напряжение не равно нулю. Таким образом, перемещая короткозамкнутую катушку от середины до крайнего верхнего положения по высоте стержня на выходе регулятора мы можем получить любое напряжение от 0,5U1 до 0.
Достоинство регулятора — равномерное изменение выходного напряжения. Такие трансформаторы применяют в электропитающих устройствах радиосвязи для регулирования напряжения накала ламп и анодного напряжения выпрямительных устройств, а также в ряде специальных электроустановок. Следовательно, в зависимости от положения короткозамкнутой катушки вторичное напряжение трансформатора может быть изменено от 0 до U1. Перемещается катушка К
по сердечнику с помощью червячной передачи.
Недостатки такого трансформатора — большой намагничивающий ток, большие индуктивные сопротивления обмоток и низкий коэффициент мощности — cos
.
7.6. Пиктранеформаторы
Пиктрансформаторы применяют для преобразования синусоидальной формы кривой напряжения сети переменного тока в напряжение острой пикообразной формы в схемах выпрямления, инвертирования, автоматического регулирования и управления для регулирования фазы напряжения, подаваемого на сетку тиратрона, или для питания зажигателя игнитрона, а также используют как генераторы высших гармоник в многоканальной связи. Форма кривой вторичного напряжения зависит от кривой магнитного потока. Для получения пикообразной формы кривой э. д. с. вторичной обмотки трансформатора магнитный поток, с которым сцеплена эта обмотка, должен иметь трапециевидную зависимость.
Пиктрансформатор имеет сердечник, состоящий из трех стержней (рис.7.11, а): 1 не насыщен и на нем помещена первичная обмотка пиктрансформатора, 2 насыщен и на нем помещена вторичная обмотка пиктрансформатора, 3 является магнитным шунтом и отделен от сердечника воздушным зазором. Магнитный поток стержня 1 частично замыкается через стержни 2 и 3 и равен сумме магнитных потоков: Ф1 = Ф2+Фз. На рис. 7.11, б показаны магнитные характеристики трех стержней сердечника.
Рис. 7.11. Схема устройства (а) и магнитные характеристики стержней пиктраисформатора (б)
Если приложенное напряжение U1, синусоидально, то и магнитный поток стержня 1 синусоидален (кривая Ф1 на рис. 7.12).
Рис. 7.12. Кривые изменения во времени магнитных потоков в стержнях и э. д. с. вторичной обмотки пиктрансформатора
При слабых магнитных полях магнитное сопротивление стержня 2 значительно меньше магнитного сопротивления стержня 3, так что большая часть магнитного потока Ф1 замкнется через стержень 2. В насыщенном режиме магнитное сопротивление стержня
В действительности токи в обмотках трансформатора напряжения не равны нулю. Поэтому за счет падения напряжения в сопротивлениях обмоток напряжение не равно э. д. с. Это является причиной неточности измерения, которая называется погрешностью напряжения
Для трансформаторов напряжения различных классов точности 0,5; 1; 3 устанавливается следующая допустимая погрешность напряжения соответственно ±0,5%; ±1%; ±3%. Кроме того, за счет падения напряжения в сопротивлениях обмоток трансформатора возникает неточность в передаче фазы напряжения — угловая погрешность
. Падение напряжения в сопротивлениях обмоток трансформатора приводит к тому, что векторы напряжений первичной обмотки U1 и приведенного напряжения вторичной обмотки с обратным знаком не совпадают (рис. 7.8, б). Угол между этими векторами определяет угловую погрешность, измеряемую в угловых минутах и влияющую на показания ваттметров, счетчиков и фазометров. Угловая погрешность считается положительной, если вектор— U2' опережает вектор U1.Для трансформаторов напряжения классов точности 0,5 и 1 допускается угловая погрешность соответственно ±20 и ±40 мин. Для трансформаторов напряжения класса точности 3 угловая погрешность не нормирована.
В цепи вторичной обмотки трансформатора напряжения могут быть включены помимо вольтметра параллельные обмотки ваттметра, счетчика и др. Все эти приборы соединяют параллельно, чтобы на них воздействовало одно и то же напряжение. Включение большого числа приборов в цепь вторичной обмотки трансформатора напряжения вызывает увеличение токов в обмотках и увеличивает погрешность при измерении. Поэтому общая полная мощность присоединенных ко вторичной обмотке приборов не должна превышать измерительную мощность трансформатора напряжения, на щитке которого указывается наибольшая допустимая мощность нагрузки в вольтамперах.
Для напряжения до 6 кВ трансформаторы напряжения изготовляют сухими, т. е. с естественным воздушным охлаждением; для напряжений выше 6 кВ применяют масляные.
Трансформаторы напряжения могут быть трехфазными, имеющими такое же обозначение зажимов, как и у обычных силовых.
Для безопасности обслуживания и для большей надежности работы аппаратуры магнитопровод трансформатора напряжения и один зажим вторичной обмотки заземляют.
7.5. Трансформаторы с регулируемым напряжением
В устройствах автоматического регулирования и управления, в схемах совместной работы нескольких сетей для пусков асинхронных двигателей и регулирования их частоты вращения и во многих других случаях необходимо регулируемое напряжение. Наиболее простым способом изменения вторичного напряжения трансформатора или автотрансформатора является изменение числа витков обмотки, для чего на обмотке делают несколько отводов. С помощью переключателя изменяется число витков обмотки, а следовательно, и вторичное напряжение трансформатора или автотрансформатора. Недостаток такого способа изменения напряжения — необходимость отключения трансформатора от сети. Если бы мы начали производить регулирование напряжения под нагрузкой, то при изменении числа витков обмотки трансформатора часть витков оказалась бы замкнутыми накоротко, что повело бы к созданию чрезмерно больших токов и к выходу трансформатора из строя. Для ограничения токов к. з. на время переключения витков в цепь короткозамкнутых витков вводят активные или реактивные сопротивления. Существует ряд схем, позволяющих ограничить токи короткозамкнутых витков. Однако такие регуляторы очень громоздки и находят применение в трансформаторах большой мощности.
Ограничение токов короткозамкнутых витков при регулировании напряжения используется в ЛАТР (лабораторном автотрансформаторе регулируемом), который представляет собой автотрансформатор, часть витков обмотки которого оголена, а по оголенным проводникам перемещается угольная щетка (рис. 7.9).
Рис. 7.9. Принципиальная схема ЛАТР
Угольную щетку выполняют такой ширины, чтобы она могла перекрывать не более двух проводников, т. е. чтобы не более одного витка замыкалось щеткой накоротко. Большое переходное сопротивление между проводниками обмотки ЛАТРа и угольной щеткой ограничивает ток короткозамкнутого витка, ЛАТРы применяют в схемах электропитания радиоустройств, в лабораторном оборудовании и др.
Регулировать вторичное напряжение трансформатора можно не только изменением числа витков обмотки (первичной или вторичной), но и изменение магнитного потока, для чего используют либо перемещаемые катушки, либо подвижные магнитопроводы трансформаторов. Наиболее часто регулирование напряжения под нагрузкой обеспечивает трансформатор с подвижной короткозамкнутой катушкой (трансформатор Норриса), который позволяет равномерно изменять напряжение на выходе в широких пределах. Трансформатор с короткозамкнутой катушкой имеет удлиненный стальной сердечник с узким окном (рис.7.10, а). Чаще трансформатор выполняют по схеме автотрансформатора (рис.7.10, б). На сердечнике размещена обмотка трансформатора, состоящая из двух .катушек 1 и 2 с одинаковым числом витков, одна из катушек (катушка 1) является и вторичной обмоткой трансформатора. Катушки 1 и 2 намотаны встречно так, что магнитные потоки Ф1 и Ф2, создаваемые токами этих катушек, в любой момент времени равны и направлены встречно.
Рис. 7.10. Принципиальная схема устройства трансформатора с подвижной короткозамкнутой катушкой (а) и схема соединения его обмоток (б)
Поэтому по сердечнику они замкнуться не могут и вынуждены замыкаться через воздушное пространство в средней части окна. Поверх обмоток 1 и 2 намотана короткозамкнутая катушка К, которая может перемещаться по высоте стержня от крайнего нижнего до крайнего верхнего положения. Если катушка К находится в средней части между катушками 1 и 2, то она не сцеплена с магнитными линиями потоков Ф1 и Ф2 и не оказывает никакого влияния на эти катушки. Следовательно, в этом случае приложенное напряжение уравновешивается противоэлектродвижущими силами катушек 1 и 2 (если пренебрегать падением напряжения в сопротивлениях этих катушек), т. е. U1 =
Е1 Е2.Катушки 1 к 2 находятся в одинаковых магнитных условиях, следовательно, их э. д. с. равны, т. е. Е1=Е2 и E1 = U1/2. Вторичное напряжение, примерно равное э. д. с. катушки 1, в рассматриваемом случае меньше приложенного напряжения, т. е.
U2=E1
U1/2..Если мы переместим короткозамкнутую катушку в крайнее нижнее положение, то витки этой обмотки будут сцеплены со всем потоком Ф2, что поведет к значительному его уменьшению, и э. д. с. катушки 2 также уменьшится до малой величины. Для упрощения дальнейшего рассмотрения примем, что э. д. с. катушки 2 при крайнем нижнем положении короткозамкнутой катушки уменьшится до 0, т. е. Е2 = 0. Тогда U1 =
Е1, т. е. вторичное напряжение равно первичному U2 = E1 U1При положении короткозамкнутой катушки в какой-либо промежуточной точке между серединой стержня и крайнем нижнем положении не будет полной компенсации потока Ф2 и Е2
0, так что вторичное напряжение будет меньше напряжения сети. Изменением положения короткозамкнутой катушки от среднего по высоте стержня до крайнего нижнего положения можно получить на выходе регулятора любое напряжение от 0,5U1 до U1. Если короткозамкнутая катушка находится в крайнем верхнем положении и сцеплена со всем потоком Ф1 то Е1 0, так что вторичное напряжение U2 E1 = 0. Если короткозамкнутая катушка находится в какой-либо промежуточной точке между средним и крайним верхним положением по высоте, то полной компенсации потока Ф1 не будет и выходное напряжение не равно нулю. Таким образом, перемещая короткозамкнутую катушку от середины до крайнего верхнего положения по высоте стержня на выходе регулятора мы можем получить любое напряжение от 0,5U1 до 0.Достоинство регулятора — равномерное изменение выходного напряжения. Такие трансформаторы применяют в электропитающих устройствах радиосвязи для регулирования напряжения накала ламп и анодного напряжения выпрямительных устройств, а также в ряде специальных электроустановок. Следовательно, в зависимости от положения короткозамкнутой катушки вторичное напряжение трансформатора может быть изменено от 0 до U1. Перемещается катушка К
по сердечнику с помощью червячной передачи.
Недостатки такого трансформатора — большой намагничивающий ток, большие индуктивные сопротивления обмоток и низкий коэффициент мощности — cos
.7.6. Пиктранеформаторы
Пиктрансформаторы применяют для преобразования синусоидальной формы кривой напряжения сети переменного тока в напряжение острой пикообразной формы в схемах выпрямления, инвертирования, автоматического регулирования и управления для регулирования фазы напряжения, подаваемого на сетку тиратрона, или для питания зажигателя игнитрона, а также используют как генераторы высших гармоник в многоканальной связи. Форма кривой вторичного напряжения зависит от кривой магнитного потока. Для получения пикообразной формы кривой э. д. с. вторичной обмотки трансформатора магнитный поток, с которым сцеплена эта обмотка, должен иметь трапециевидную зависимость.
Пиктрансформатор имеет сердечник, состоящий из трех стержней (рис.7.11, а): 1 не насыщен и на нем помещена первичная обмотка пиктрансформатора, 2 насыщен и на нем помещена вторичная обмотка пиктрансформатора, 3 является магнитным шунтом и отделен от сердечника воздушным зазором. Магнитный поток стержня 1 частично замыкается через стержни 2 и 3 и равен сумме магнитных потоков: Ф1 = Ф2+Фз. На рис. 7.11, б показаны магнитные характеристики трех стержней сердечника.
Рис. 7.11. Схема устройства (а) и магнитные характеристики стержней пиктраисформатора (б)
Если приложенное напряжение U1, синусоидально, то и магнитный поток стержня 1 синусоидален (кривая Ф1 на рис. 7.12).
Рис. 7.12. Кривые изменения во времени магнитных потоков в стержнях и э. д. с. вторичной обмотки пиктрансформатора
При слабых магнитных полях магнитное сопротивление стержня 2 значительно меньше магнитного сопротивления стержня 3, так что большая часть магнитного потока Ф1 замкнется через стержень 2. В насыщенном режиме магнитное сопротивление стержня