Для измерения потерь и тока холостого хода трансформатора проводят опыт холостого хода. Измерение потерь х.х. позволяет проверить состояние магнитопровода. При его повреждении (нарушена изоляция между листами) потери х.х. увеличиваются. Резкое увеличение тока х.х. и потерь х.х. являются показателем наличия замыкания между витками одной из обмоток, местного нагрева и повреждения обмоток.
Опыт х.х. проводится после испытания электрической прочности изоляции. Это делается с той целью, чтобы обнаружить возможные дефекты после данного испытания.
При опыте х.х к обмотке низкого напряжения НН при разомкнутой обмотке ВН подводят номинальное напряжение.
ВНИМАНИЕ ! На трансформаторе с выводов ВН необходимо снять концы кабеля. Для снятия характеристики х.х. необходимо собрать схему, показанную на рисунке 3.4.
Рисунок 3.4- Схема для снятия характеристики холостого хода: 1- индукционный регулятор; 2 -комплект приборов K-50 или К-505; 3 - испытуемый трансформатор.
Подавая на обмотку НН напряжение в пределах от 0,5 до 1,1 U н, снять замеры величин напряжения, тока и потерь для каждой фазы. U а измерять комплектом К-505, Измерительный комплект К-505 измеряет фазное напряжение, фазный ток и мощность фазы,a U ав, U вс, U ас вольтметром РV. Данные измерений занести в таблицу 3.6.
Таблица 3.6 Опыт холостого хода
По данным измерений определяют расчетные величины U хх, Р хх, I xx
, (3.3)
где U ав, U вс, U са - линейные напряжения на низкой стороне трансформатора.
, (3.4)
где I a , I в, I с – фазные токи.
, (3.5)
где - номинальное значение тока той обмотки, к которой подводится напряжение.
Для трехфазного трансформатора
, (3.7)
где Р ст. - потери в стали;
R ф - фазное сопротивление обмотки постоянному току.
Мощность Р хх почти целиком расходуется на покрытие потерь в стали сердечника трансформатора Р ст , так как при х.х. потери в обмотках ничтожно малы по сравнению с потерями в стали, то можно принять Р ст » Р хх .
На основании измерений необходимо построить характеристики х.х. трансформатора I хх, P xx =f(U xx) . Для вновь вводимых в эксплуатацию трансформаторов значения Р хх не должны отличаться от заводских данных более, чем на 10% (Р хх = 340 Вт для трансформатора TM-63/10).
7 Опыт короткого замыкания.
Для измерения потерь и напряжения короткого замыкания проводят опыт короткого замыкания (к.з.). При опыте к.з. проверяют правильность соединения обмоток трансформатора и состояние контактных соединений.
Опыт к.з. проводится для трансформатора на номинальной ступеню регулирования напряжения по схеме, показанной на рисунке 3.5.
Плавно поднимая напряжение, устанавливают в обмотке НН пониженный по сравнению с номинальным ток в пределах 20 % I н, т.е. I к =20 А.
ВНИМАНИЕ! Измерения производить как можно быстрее во избежание нагрева обмоток.
Таблица 3.7- Опыт короткого замыкания
По данным измерений определяют расчетные величины и приводят значения напряжения и потерь к действительному напряжению к.з. по формулам:
,
(3.9)
где I A , I B , I C – фазные токи при опыте.
,
(3.10)
где U AB , U BC , U AC - линейные напряжения на высокой стороне трансформатора, измеренные при опыте.
, (3.11)
где Р а, Р в, Р с - фазные мощности измеренные при опыте к.з.
, (3.12)
где U К % - напряжение короткого замыкания в процентах от номинального;
U Н - номинальное значение той обмотки, к которой подводится напряжение.
I Н - номинальное значение тока той обмотки, к которой подводится напряжение.
Мощность, подведенная к трансформатору в режиме короткого замыкания при номинальном напряжении:
, (3.13)
Согласно каталожных данных Р КН =1290 Вт для трансформатора TM-63/10. Потери короткого замыкания трансформаторов состоят из суммы потерь в обмотках åI 2 R, (R – активное сопротивление фазы обмотки трансформатора) и добавочных потерь Р доб. от прохождения магнитных потоков рассеяния через стенки бака, металлические детали крепления магнитопровода и проводники самих обмоток, а также потерь в магнитопроводе от намагничивания. Потерями от намагничивания пренебрегают ввиду их малой величины (менее сотых долей процента). Тогда Р доб. = Р к - åI 2 R .
Полученные результаты расчетов следует привести к номинальной температуре обмотки 75° С (согласно ГОСТ II677-65) по формулам:
, (3.14)
где t изм - температура, при которой проводился опыт, 0 С;
Р н - номинальная мощность трансформатора (при соsj=1, Р н =соsj ×S=63 кВт).
, Вт; (3.15)
На основании измерений необходимо построить характеристики короткого замыкания. I k , P k =f(U k).
8 При измерении сопротивления обмоток трансформатора постоянному току могут выявиться следующие характерные дефекты:
а) недоброкачественная пайка и плохие контакты в обмотке и в присоединении вводов;
б) обрыв одного или нескольких параллельных проводников.
Измерение активного сопротивления обмоток в данном случае производится мостовым методом или методом амперметра и вольтметра. Измерение производится на всех ответвлениях и на всех фазах. Данные измерения следует занести в таблицу 3.8.
Таблица 3.8- Сопротивления обмоток трансформатора постоянному току
После проведения всех измерений составляется сводная таблица 3.9 результатов испытаний и дается заключение о техническом состоянии трансформатора и пригодности его к эксплуатации.
Таблица 3.9- Сводная таблица результатов испытаний, приведенных к нормальным условиям (75° С)
Примечание:
Заключение:
Содержание отчета. В отчете привести цель работы, записать паспортные данные трансформатора, дать краткое описание контрольных испытаний трансформаторов, вычертить схемы для испытаний и измерений, представить таблицы с опытными и расчетными данными и дать их анализ, вычертить характеристики х.х., характеристики короткого замыкания, сделать заключение о пригодности трансформатора к эксплуатации.
Контрольные вопросы.
1 С какой целью проводится заземление обмоток трансформатора перед началом измерения сопротивления изоляции?
2 Назовите основные характеристики изоляции трансформатора.
3 К каким последствиям приводит уменьшение сопротивления изоляции обмотки трансформатора?
4 Как изменяется коэффициент абсорбции в зависимости от степени увлажнения изоляции и чем это объясняется?
5 Как измерить сопротивление изоляции обмоток силовых двухобмоточных трансформаторов?
6 С какой целью измеряется коэффициент трансформации трансформатора?
7 Какие методы проверки группы соединения обмоток трансформаторов используются на практике? Почему метод двух вольтметров является наиболее распространенным?
8 При измерении коэффициента трансформации получены следующие данные: К ав =25, К вс =25, К ас =30 .Определить неисправность в трансформаторе.
9 Как и с какой целью проводится испытание электрической прочности главной изоляции обмоток трансформатора?
10 С какой целью измеряют сопротивление обмоток трансформатора постоянному току и какими методами?
11 С какой целью проводится опыт холостого хода и почему он проводится после испытания электрической прочности изоляции?
12 С какой целью и как проводится опыт короткого замыкания?
13 Какие параметры трансформатора определяются из опытов холостого хода и короткого замыкания?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
ДЕФЕКТАЦИЯ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ И ФАЗНЫМ РОТОРОМ
ПРИ РЕМОНТЕ
Цель работы: изучить основные неисправности асинхронных электродвигателей и причины их возникновения, освоить методику обнаружения неисправностей асинхронных электродвигателей.
Программа работы.
1 Провести внешний осмотр электродвигателя и записать паспортные данные.
2 Провести дефектацию электродвигателя до разборки:
Измерить сопротивление обмоток постоянному току;
Измерить сопротивление изоляции обмоток статора относительно корпуса и относительно друг друга;
Проверить вращение ротора и отсутствие видимых повреждений, препятствующих дальнейшему проведению испытаний и проверок.
3 Разобрать электродвигатель.
4 Провести дефектацию электродвигателя в разобранном виде:
Проверить состояние механических деталей и узлов электродвигателя;
Измерить величину воздушного зазора между статором и ротором;
Проверить отсутствие короткозамкнутых витков (витковое замыкание), обрыв в обмотке;
Определить места повреждения обмоток статора;
Определить, записать обмоточные данные и вычертить схему обмотки;
Проверить состояние активной стали статора;
Проверить беличью клетку ротора на отсутствие обрывов в стержнях и кольцах.
Если имеется электродвигатель с фазным ротором, то дефектацию обмотки ротора проводят аналогично дефектации обмотки статора. Дополнительно проводят испытание прочности изоляции контактных колец и проверяют состояние активной стали ротора;
Все обнаруженные неисправности механических деталей, обмоток ротора и статора, данные электродвигателя занести в дефектовочную ведомость или технологическую карту ремонта.
1 Асинхронные электродвигатели, поступившие в ремонт, тщательно осматривают, а при необходимости испытывают и разбирают с целью полного выявления причин, характера и масштабов повреждения. Осмотр электродвигателя, ознакомление с объемом и характером предыдущих ремонтов и эксплуатационными журналами, а также проведение испытаний позволяют оценить состояние всех сборочных единиц и деталей электродвигателя и определить объемы и сроки ремонта, составить техническую документацию по ремонту.
Электродвигатели повреждаются чаще всего из-за недопустимо длительной работы без ремонта, плохого эксплуатационного обслуживания или нарушения режима работы, на который они рассчитаны.
Повреждения бывают механические и электрические.
К механическим повреждениям относят: выплавку баббита в подшипниках скольжения, разрушение сепаратора, кольца, шарика или ролика в подшипниках качения; деформацию или поломку вала ротора; ослабление крепления сердечника статора к станине, разрыв или сползание проволочных бандажей роторов; ослабление прессовки сердечника ротора и другие.
Электрическими повреждениями являются: обрыв проводников в обмотке, замыкание между витками обмотки, нарушение контактов и разрушение соединений, выполненных пайкой или сваркой, пробой изоляции на корпус, недопустимое снижение сопротивления изоляции вследствие ее старения, разрушения или увлажнения и др.
Краткий перечень наиболее распространенных неисправностей и возможных причин их возникновения в асинхронных машинах приведен в таблице 4.1.
Неисправности и повреждения электрических двигателей не всегда удается обнаружить путем внешнего осмотра, так как некоторые из них (витковые замыкания в обмотках статоров, пробой изоляции на корпус, нарушение пайки в обмотках и др.) носят скрытый характер и могут быть определены только после соответствующих испытаний и измерений.
Таблица 4.1- Неисправности асинхронных машин и возможные причины их возникновения
2 Дефектация электродвигателя до разборки.
В число предремонтных операций по выявлению неисправностей электрических двигателей входят: измерение сопротивления изоляции обмоток, проверка целостности обмоток, испытание электрической прочности изоляции, проверка на холостом ходу подшипников, величины осевого разбега ротора, определение состояния крепежных деталей, отсутствие повреждений (трещин, сколов) у отдельных деталей электродвигателя:
а) измерение сопротивления обмоток постоянному току производится с целью проверки отсутствия разрывов в обмотке, например из-за нарушения целостности мест соединений в результате некачественной пайки. Измерение сопротивления производится с помощью моста постоянного тока УМВ, Р353 и другими с классом точности не ниже 0,5. Измеренные сопротивления обмоток не должны отличаться друг от друга более, чем на 2%;
б ) измерение сопротивления изоляции обмоток электродвигателя осуществляется согласно методики, изложенной в общих указаниях (стр. 8-9).
в) ротор электродвигателя поворачивают для проверки его свободного вращения и наличия выбега. Для малых машин эту операцию осуществляют вручную. Такая проверка обязательна перед первым пуском машины или после длительной ее стоянки в условиях, когда в машину могли попасть посторонние предметы
3 Разборку электродвигателя производят с помощью слесарных инструментов.
4. Дефектацию электродвигателя в разобранном виде осуществляют в следующем порядке:
4.1 Определяют состояние механических деталей и отдельных узлов внешним осмотром.
4.2 Проверяют величину воздушного зазора набором щупов не менее чем в четырех точках, поворачивая ротор по часовой стрелке на угол 90°. Среднеарифметическое значение результатов измерений сравнивают с допустимыми значениями (таблица 4.2). Отклонение не должно превышать ±10%.
Таблица 4.2- Нормальные значения воздушных зазоров
4.3 Определяют повреждения изоляции в электродвигателе, которые приводят к коротким замыканиям.
В зависимости от вида повреждений изоляции возможны следующие замыкания:
Между витками одной катушки в пазу или лобовых частях (витковое замыкание) при повреждении межвитковой изоляции;
Между катушками или катушечными группами одной фазы при повреждении межсекционной изоляции;
Между катушками разных фаз при повреждении межфазовой изоляции;
Замыкание на корпус при повреждении пазовой изоляции.
Пропуская переменный ток пониженного напряжения через отдельные фазы обмотки, можно определить место виткового замыкания. Короткозамкнутые витки при включении фазы под напряжение являются как бы вторичной обмоткой автотрансформатора, замкнутой накоротко. Через короткозамкнутые витки протекают токи большой величины, которые нагревают лобовую часть обмотки. По местному нагреву определяется место виткового замыкания.
Замкнутый виток легко определяется с помощью подковообразного электромагнита.
Рисунок 4.1- Нахождение замкнутого витка с помощью электромагнита и стальной пластинки, где обозначено: а) замыкания витков нет; б) замыкание витков есть; 1 - проводник обмотки; 2 –электромагнит; 3 - стальная пластина; Ф - магнитный поток магнита; Ф пр - магнитный поток короткозамкнутого проводника с током.
Для нахождения короткозамкнутых витков в секциях обмоток электромагнит устанавливается параллельно пазам статора. После включения обмотки электромагнита в электрическую сеть переменного тока (220 В при частоте 50 Гц) по обмотке потечет ток, который создаст магнитный поток Ф, замыкающийся через сердечник электромагнита и часть магнитопровода статора электродвигателя. Этот переменный магнитный поток будет индуктировать ЭДС в проводниках, охватываемых контуром.
При отсутствии витковых замыканий (рисунок 4.1-а) в обмотке ЭДС не вызывает появления тока (для него нет замкнутой цепи). При наличии короткозамкнутых витков ЭДС вызовет в них появление тока, причем значительной величины из-за малого сопротивления контура. Ток создаст магнитный поток Ф пр вокруг короткозамкнутых витков (рисунок 4.1-б). Последние легко обнаруживаются стальной пластиной, которая притягивается к зубцам статора над данным пазом. На производстве для определения витковых замыканий широко используют также прибор типа ЕЛ-1.
Замыкание на корпус (если мегаомметр показывает ноль) может быть определено с помощью милливольтметра. Этот метод связан с поочередной распайкой обмотки на отдельные катушки и проверкой каждой из них. Напряжение на оба конца поврежденной фазы подается с одного зажима аккумулятора напряжением до 2,5 В, а второй зажим соединяется с корпусом. При измерении напряжения на каждой катушке смена полярности показания прибора говорит о прохождении точки замыкания фазы на корпус. Этот метод из-за трудоемкости работ не всегда приемлем, особенно при большом числе катушек.
Лучше использовать магнитный метод (2), который основан на следующем. От источника пониженного напряжения (U до 36 В) однофазный переменный ток подводится к концу (или к началу) неисправной фазы и через реостат и амперметр к корпусу электродвигателя. Так как ток переменный, то вокруг проводников с этим током образуется переменное электромагнитное поле. Поэтому пазы с проводником, по которым течет ток, легко определяются с помощью тонкой стальной пластинки (щупа), которая слегка дребезжит. Последнее дает возможность выявить секции по которым протекает ток от конца фазной обмотки до места замыкания на корпус. Для проверки и уточнения найденного места замыкания обмотки ток подводится теперь к началу неисправной фазы. При однократном замыкании обмотки найденные места замыканий в первом и во втором случае должны сойтись.
Найденную магнитным методом неисправную катушку отсоединяют от остальной обмотки и мегаомметром проверяют правильность установленного места замыкания на корпус.
Этот же метод может быть применен для нахождения места замыкания между фазами.
В этом случае напряжение подается вначале к одним концам замкнувшихся фаз, а затем к другим. Это дает возможность выявить замкнувшиеся секции.
Внутренний обрыв одной из фаз.
Если обмотка имеет шесть выводов, то оборванная фаза определяется с помощью тестера или мегаомметром.
Если обмотка имеет только три вывода, то определяется оборванная фаза измерением токов или сопротивлений.
При соединении фаз в звезду, (рисунок4.2) ток оборванной фазы равен нулю, а сопротивление, измеренное относительно выхода оборванной фазы, равно “бесконечности”.
Рисунок 4.2- Определение внутреннего обрыва фазы при соединении фаз в звезду.
При соединении фаз в треугольник токи, подходящие к оборванной фазе (рисунок 4.3) будут равны и меньше токов в фазе (необорванной), а сопротивление, измеренное на оборванной фазе (C1-C3) будет вдвое больше, чем другие фазы (С1-С2, С2-СЗ).
Рисунок 4.3 - Определение внутреннего обрыва фазы при соединении фаз в треугольник.
После определения оборванной фазы место обрыва определяют с
помощью вольтметра или контрольной лампы (на 36 В) по схемам рисунок 4.4-а и 4.4-б.
Рисунок 4.4 - Определение места обрыва в оборванной фазе:
а) с помощью вольтметра; б) с помощью контрольной лампы.
Измеряют напряжение на концах каждой катушки или катушечной группы. В момент показания вольтметра определяется оборванная катушка (рисунок 4.4а). Касаясь щупом от лампы начала и конца каждой катушки, идя от потенциального конца сети, показание лампы покажет на обрыв (лампа погасла, значит обрыв, если с другой стороны, то наоборот).
Для одного из рассматриваемых асинхронных двигателей (с неисправной катушкой) определить и записать обмоточные данные и вычертить схему обмотки.
Осматривают пакет активной стали статора. Пакет стали не должен иметь смещения, вмятин, ослабления прессовки листов железа, распушившихся зубцов, прогара.
Целостность стержней короткозамкнутого ротора определяют методом электромагнита переменного тока. При испытании ротор устанавливается на электромагнит, подключаемый к сети переменного тока (рисунок 4.5).
Рисунок 4.5 - Определение оборванного стержня ротора с помощью электромагнита: 1- ротор, 2 - стержни ротора, 3 -электромагнит, 4 - стальная пластинка (ножовочное полотно).
Стальная пластинка, перекрывающая паз с целым стержнем будет притягиваться и дребезжать. Если стержень оборван, пластинка не притягивается или притягивается очень слабо. Место разрыва обнаруживается с помощью листа бумаги с насыпанными на него стальными опилками.
Обнаруженные неисправности механических деталей, обмоток статора и ротора, данные электродвигателей, представленных для дефектации занести в дефектовочную ведомость или технологическую карту ремонта.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА №
Заказчик _________________________
I Техническая характеристика
II Обмоточные данные
Примечание_____________________________________________________
III Механическая часть
IV Контроль обмоток
Примечания___________________________________________________
V Стендовые испытания
Начальник ОТК____________________________________________
Содержание отчета. В отчете необходимо привести: цель работы, основные схемы и данные по выявлению неисправностей электродвигателей, представленных для дефектации, эскизы недостающих и требующих изготовления деталей, заполненную технологическую карту ремонта, развернутую схему обмотки статора двигателя, у которого требуется заменить обмотку, заключение о результатах дефектации электродвигателей.
Контрольные вопросы.
1 С какой целью проводится дефектация электродвигателя перед ремонтом?
2 В какой последовательности и как проводится дефектация электродвигателя до разборки?
3 К каким последствиям приводит снижение сопротивления изоляции обмотки статора и каким оно должно быть у двигателей с U < 500 В?
4 Как выявить витковое замыкание в обмотке статора при работающем электродвигателе?
5 В какой последовательности и как проводится дефектация электродвигателя после разборки?
6 Какие основные неисправности имеет обмотка статора и как их определить?
7 При включении электродвигателя с короткозамкнутым ротором в сеть наблюдается повышенный нагрев активной стали статора в режиме холостого хода. Какая неисправность электродвигателя?
8 При работе электродвигателя обмотка статора сильно нагревается. Величина тока по фазам неодинакова. Электродвигатель сильно гудит и развивает пониженный крутящий момент. Какие могут быть неисправности в двигателе?
9 Электродвигатель плохо идет в ход и сильно гудит. Величина тока во всех фазах различна и при холостом ходе двигателя превышает номинальную величину. Какая неисправность в электродвигателе?
10 Двигатель с короткозамкнутым ротором не достигает нормальной скорости вращения, а "застревает" и начинает устойчиво работать при низкой скорости вращения, которая значительно меньше номинальной. Какая неисправность в электродвигателе?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
Испытание асинхронного электродвигателя
с фазным ротором после ремонта
Цель работы: освоить методику испытаний электродвигателя с фазным ротором после ремонта.
Программа работы:
1 Осмотреть электродвигатель, проверить затяжку крепежных болтов, вращение ротора, записать паспортные данные.
2 Измерить сопротивление изоляции обмоток статора относительно корпуса и относительно друг друга и сопротивление изоляции обмотки ротора относительно корпуса.
3 Выполнить маркировку выводных концов на постоянном и переменном токе.
4 Измерить сопротивление обмоток статора и ротора постоянному току.
5 Проверить коэффициент трансформации асинхронного электродвигателя с фазным ротором.
6 Провести опыт холостого хода.
7 Провести испытание межвитковой изоляции.
8 Провести опыт короткого замыкания.
9 Провести испытание электрической прочности изоляции.
1 При внешнем осмотре электродвигателя проверяют затяжку крепежных болтов и вращение ротора. При вращении ротора вручную не должно быть его заеданий и люфта в подшипниках. Записываются паспортные данные электродвигателя.
2 Измерение сопротивления изоляции обмоток электродвигателя осуществляется согласно методики, изложенной в общих указаниях (стр. 8-9). . Данные измерений записать в таблицу 5.1.
Таблица 5.1- Сопротивление изоляции обмоток электродвигателя
3 ГОСТом 183-66 предусмотрены обозначения выводов обмоток электрических машин трехфазного переменного тока (таблица 5.2).
Таблица 5.2 - Обозначение выводов обмоток электрических машин трехфазного переменного тока
Обычно выводы всех фаз обмотки статора присоединяют к зажимам, как указано на рисунке 5.1 а. В нек30,3оторых машинах обмотки статора наглухо соединены в звезду и на доску зажимов выведены только четыре вывода: фазы С1, С2, СЗ и нулевая точка 0.
Если маркировки выводов обмоток статора нет, то предварительно находят парные выводы фазы с помощью контрольной лампы один из выводов фазы принимается за начало обмотки и присоединяется к плюсу источника постоянного тока напряжением 4-6 В; один из выводов контрольной лампы присоединяется к минусу источника, а вторым выводом лампы отыскивается конец обмотки фазы. Или мегаомметр присоединяют зажимом "Линия" мегаомметра к предполагаемому началу фазы обмотки статора и проводом, присоединенным к зажиму "Земля" мегаомметра отыскивается конец фазы. При этом мегаомметр покажет ноль. На каждый вывод фазы надевают после этого бирку с маркировкой (С1,С2 ...).
Маркировка выводных концов проводится на постоянном или переменном токе. При постоянном токе наиболее распространены два варианта (рисунок 5.2)
Маркировку выводов проводят с помощью аккумулятора (U = 4 - 6 В) и милливольтметра (М104).
При первом варианте а) примем С1,С2,СЗ за начала фаз 1,2,3, а С4,С5,С6 - за концы этих фаз. Если начало фазы 1 присоединить к "плюсу" батареи аккумуляторов, а конец к «минусу» (рис.5.2,а), то в момент включения тока в обмотках других фаз (2 и 3) будет индуктироваться ЭДС с полярностью "минус" на началах и " плюс" на концах фаз. Милливольтметр присоединяют к фазе 2, а потом к фазе 3. Если стрелка прибора в обоих случаях отклонилась вправо, то значит все концы обмоток промаркированы правильно.
Рисунок 5.2- Схемы проверки маркировки выводов статора с помощью источника постоянного тока: а) - первый вариант; б) и в)- второй вариант; Н и К - соответственно начала и концы обмоток 1,2,3.
При втором варианте б) и в) две фазы соединяют последовательно (попарно) между собой и импульсом включают на батарею. К третьей фазе присоединяют милливольтметр. Если первые две фазы соединены одноименными зажимами (рисунок 5.2.б.), милливольтметр ничего не покажет. При соединении фаз разноименными зажимами (рисунок 5.2."в") в момент включения батареи стрелка милливольтметра отклонится вправо.
При переменном токе и с выведенными шестью концами фаз наиболее распространен индукционный метод маркировки выводов (рисунок 5.3).
Рисунок 5.3 - Схема индукционного метода маркировки выводов статора с помощью источника переменного тока:
Н и К - соответственно начала и концы обмоток 1,2,3;
Т V - трансформатор регулировочный.
Научный прогресс на 99% обязан любознательности человека и на 1% — случайности. Опыт и эксперимент являются основными методами исследования, благодаря которым учёные находят ответы на самые трудные вопросы. И хотя в литературе данные понятия отождествляются, мы попробуем разобраться, есть ли между ними разница и насколько она существенна.
Определение
Опыт – основной метод исследования, научный процесс, целенаправленное действие, при успешной реализации которого подтверждается или опровергается гипотеза. Для реализации задач может использоваться специальное оборудование, при этом опытное пространство всегда ограничено.
Эксперимент – метод исследования, осуществляемый в управляемых условиях для подтверждения гипотезы. Экспериментатор активно взаимодействует с объектом и направляет его, что отличает данный процесс от наблюдения.
Сравнение
Таким образом, различия между указанными категориями действительно незначительны. Эксперимент проводится впервые, он призван подтвердить гипотезу, а опыт выполняется с заранее определённым результатом. И тот, и другой процесс протекает в управляемых условиях, при активном взаимодействии с объектом исследования.
Эксперимент преследует определённую цель, которая является для учёного основной. Это способ проверки идей, подтверждение гипотезы, уже возникшей в представлении исследователя. Опыт может выполняться без какой-то конкретной цели, а спонтанно, и перед учёным – «вилка» возможных исходов.
Впрочем, обозначенная нами разница не является существенной, и данные категории вполне могут использоваться в качестве синонимов. Ведь их главная цель – активное участие в процессе, не простое наблюдение, а взаимодействие с объектом, его направление в определённое русло.
Выводы сайт
- Последовательность. Эксперимент призван подтвердить гипотезу, а опыт – закрепить её на практике.
- Множественность. Единичное исследование, как правило, называют экспериментом, множественное – опытом.
- Цели. При проведении эксперимента перед учёным уже возникла определённая цель, опыт может осуществляться спонтанно, наугад.
Вопросы.
1. С какой целью и как проводился опыт с двумя маятниками, изображенными на рисунке 64, а?
Цель опыта: Демонстрация явления резонанса. Ход опыта: 1) колебания маятника 1, через нить передаются маятнику 2, длина нити которого неизменна, вызывая его колебания; 2) при уменьшении длины нити маятника 1 частота его колебаний начнет приближаться к собственной частоте маятника 2; 3) при этом амплитуда вынужденных колебаний маятника 2 будет возрастать; 4) в момент, когда частота вынуждающей силы маятника 1 совпадет с частотой собственных колебаний маятника 2 (одинаковая длина нитей маятников) маятники будут колебаться в одинаковых фазах; 5) при дальнейшем уменьшении длины нити маятника 1 частота колебаний маятника 2 будет уменьшаться.
2. В чем заключается явление, называемое резонансом?
Явление резонанса заключается в том, что при совпадении частоты вынуждающей силы с собственной частотой системы амплитуда вынужденных колебаний достигает своего максимального значения.
3. Какой из маятников, изображенных на рисунке 64, б) колеблется в резонанс с маятником 3? По каким признакам вы это определили?
В резонанс колеблется маятник 1, т.к. его длина нити равна длине нити маятника 3.
4. К каким колебаниям - свободным или вынужденным - применимо понятие резонанса?
Понятие резонанса применимо к вынужденным колебаниям.
5. Приведите примеры, показывающие, что в одних случаях резонанс может быть полезным явлением, а в других - вредным.
Вредное проявление резонанса можно увидеть на примере разрушения мостов, высотных сооружений, затопления пароходов на волнах. Положительное явление резонанса проявляется например при настройке музыкальных инструментов с помощью камертона, в радиоэлектронике.
Упражнения.
1. Маятник 3 (см.рис. 64, б) совершает свободные колебания.
а) Какие колебания - свободные или вынужденные - будут совершать при этом маятники 1, 2 и 4?
б) Благодаря чему возникает вынуждающая сила, действующая на маятники 1, 2 и 4?
в) Каковы собственные частоты маятников 1, 2 и 4 по сравнению с частотой колебаний маятника 3?
г) Почему маятник 1 колеблется в резонанс с маятником 3, а маятники 2 и 4 - нет?
а) маятники 1, 2 и 4 будут совершать вынужденные колебания, т.к. они колеблются под действием шнура; б) вынуждающая сила возникает благодаря колебанию маятника; в) частота маятника 1 равна частоте маятника 3, частота маятника 2 больше частоты маятника 3, частота маятника 4 меньше частоты маятника 3; г) т.к их длины одинаковы, то их собственные частоты совпадают и они колеблются в резонансе.
2. Вода, которую мальчик несет в ведре, начинает сильно расплескиваться. Мальчик меняет темп ходьбы (или просто "сбивает ногу"), и расплескивание прекращается. Почему так происходит?
Вода начинает расплескиваться когда частота шагов мальчика совпадает с собственной частотой колебаний ведра с водой в руках мальчика. Если частоты не совпадают, то ведро перестает сильно раскачиваться.
3. Собственная частота качелей равна 0,5 Гц. Через какие промежутки времени нужно подталкивать их, чтобы раскачать как можно сильнее, действуя относительно небольшой силой?
Лабораторная работа № 6
ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ
Цель работы. Ознакомление с принципом работы, характеристиками и методами исследования однофазных трансформаторов.
Домашнее задание
Поясните назначение трансформатора.
Объясните устройство и принцип действия однофазного трансформатора.
Как и с какой целью проводится опыт холостого хода трансформатора?
Как и с какой целью проводится опыт короткого замыкания трансформатора?
Запишите полую систему уравнений трансформатора.
Дайте понятие электрической схемы замещения трансформатора, какие физические процессы, связанные с преобразованием электрической энергии в другие виды, учитывают ее элементы?
Краткие теоретические сведения
Трансформатор - статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Трансформатор состоит из стального сердечника, собранного из тонких листов электротехнической стали, изолированных друг от друга с целью снижения потерь мощности на гистерезис и вихревые токи.
На сердечнике
однофазного трансформатора (рис. 1) в
простейшем случае расположены две
обмотки, выполненные из изолированного
провода, содержащие различное число
витков: первичная обмотка содержит
витков, а вторичная обмотка -
витков.
К первичной обмотке
подводится питающее напряжение
.
С вторичной его обмотки снимается
напряжение
,
которое подводится к потребителю
электрической энергии.
Отношение напряжения
вторичной обмотки напряжения к напряжению
первичной обмотки называют коэффициентом
трансформации по напряжению:
.
Отношение тока
вторичной обмотки к току
первичной обмотки называют коэффициентом
трансформации по току
.
Коэффициент
передачи есть обратная величина
коэффициенту трансформации, то есть
коэффициент передачи по напряжению
равен
,
а коэффициент передачи по току
.
Во
многих случаях трансформатор имеет не
одну, а две или несколько вторичных
обмоток, к каждой из которых подключается
свой потребитель электроэнергии.
Переменный ток, проходя по виткам
первичной обмотки трансформатора,
возбуждает в сердечнике магнитопровода
переменный магнитный поток
.
Изменяясь во времени по синусоидальному
закону
,
этот поток пронизывает витки как
первичной, так и вторичной обмоток
трансформатора. При этом в соответствии
с законом электромагнитной индукции в
обмотках будет наводиться ЭДС, мгновенные
значения будут изменяться по синусоидальному
закону:
,
где
и
-
амплитудные значения ЭДС соответственно
в первичной и вторичной обмотке.
Действующие значения ЭДС, наводимых соответственно в первичной и вторичной обмотке трансформатора, определяются по формулам:
,
Напряжение, подводимое в режиме холостого хода к трансформатору, в соответствии со вторым законом Кирхгофа для первичной обмотки, может быть представлено как сумма:
где
=
-
ток холостого хода трансформатора,
- комплексное сопротивление первичной
обмотки,
- ее активное сопротивление;
- ее индуктивное сопротивление,
обусловленное потоками рассеяния
.
Ток во вторичной обмотке нагруженного трансформатора согласно закону Ома определяется выражением
В нагрузочном
режиме трансформатора можно выделить
три магнитных потока (рис.1): основной
поток
,
сцепленный с витками первичной и
вторичной обмоток, поток
рассеяния первичной обмотки и поток
рассеяния вторичной обмотки. ЭДС,
индуктируемые в обмотках потоками
и
рассеяния, учитываются обычно при помощи
соответственно индуктивных сопротивлений
и
рассеяния первичной и вторичной обмоток.
Потоки
и
рассеяния
обмоток пропорциональны соответ-ствующим
токам в обмотках и совпадают с ними в
фазе. Эти потоки рассеяния индуктируют
в обмотках ЭДС
и
,
отстающие по фазе от магнитных потоков,
а следовательно, и токов
и
на угол
.
ЭДС от магнитных потоков рассеяния уравновешиваются составляющими напряжения:
и
,
где
и
– комплексные сопротивления рассеяния
обмоток;
и
– индуктивности рассеяния первичной
и вторичной обмоток;
,
– потокосцепления рассеяния первичной
и вторичной обмоток;
– угловая частота переменного тока.
Составляющие напряжения
и
опережают токи
и
на угол
.
В соответствии со вторым законом Кирхгофа для первичной и вторичной обмоток нагруженного трансформатора можно записать уравнения электрического состояния
,
,
где
- ток первичной обмотки нагруженного
трансформатора;
- комплексное полное сопротивление
вторичной обмотки;
– активное сопротивление вторичной
обмотки;
– индуктивное сопротивление вторичной
обмотки, обусловленное потоками рассеяния
.
Падения напряжений
и
в обмотках трансформатора обычно не
превышают 4-10 % от напряжений
и
,
поэтому можно считать, что в режиме
нагрузки трансформатора сохраняются
равенства
и
.
Если напряжение на первичной обмотке
,
то амплитуда магнитного потока будет
постоянной пределах
от холостого хода до номинальной нагрузки
трансформатора, то есть
В режиме нагрузки выполняется уравнение равновесия намагничивающих сил обмоток трансформатора:
.
Исследование
работы трансформатора при нагрузке
удобно проводить на основе векторных
диаграмм, построенных для приведенного
трансформатора, заменяющего реальный
трансформатор, у которого параметры
вторичной обмотки приведены к числу
витков первичной обмотки. В соответствии
с этим приведенный трансформатор должен
иметь коэффициент трансформации, равный
единице
.
В процессе определения параметров
вторичной обмотки приведенного
трансформатора все параметры первичной
обмотки остаются неизменными. При
замене реального трансформатора
приведенным трансформатором активные,
реактивные и полные мощности, а также
коэффициент мощности вторичной обмотки
трансформатора должны оставаться
постоянными. Исходя из этого, расчетные
соотношения для приведенного трансформатора
имеют вид:
Через приведенные параметры трансформатора уравнение электрического равновесия вторичной обмотки имеет вид:
Из уравнения намагничивающих сил обмоток для приведенного трансформатора можно записать
.
Также как для
катушки со стальным сердечником ЭДС
,
равную
,
можно заменить векторной суммой активного
и реактивного индуктивного падений
напряжения
,
где
=
- активное сопротивление, обусловленное
магнитными потерями мощности в
магнитопроводе трансформатора в режиме
холостого хода;
- индуктивное сопротивление, обусловленное
основным магнитным потоком
трансформатора.
По уравнениям приведенного трансформатора можно составить схему замещения трансформатора (рис. 2) и построить векторную диаграмму. Векторная диаграмма трансформатора для случая активно-индуктивной нагрузки приведена на рис. 3.
Рис. 2 Рис. 3
При опыте холостого
хода к первичной обмотке трансформатора
подводится напряжение, равное номинальному
его значению
.
Вторичная обмотка трансформатора при
этом разомкнута, так как в цепи ее
отсутствует нагрузка. В результате
этого ток во вторичной обмотке оказывается
равным нулю, в то время как в цепи
первичной обмотки трансформатора будет
ток холостого хода
,
значение которого невелико и составляет
4-10 % от номинального значения тока в
первичной обмотке. При таком токе
потерями в обмотках можно пренебречь
и считать, что все потери трансформаторе
являются магнитными потерями
в магнитопроводе, обусловленные действием
вихревых токов и гистерезиса
(перемагничивание стали).
Качественные рабочие характеристики трансформатора в нагрузочном режиме приведены на рис. 4.
Опыт короткого
замыкания трансформатора проводится
в процессе исследований трансформатора
для определения электрических потерь
мощности в проводах обмоток и параметров
упрощенной схемы замещения трансформатора.
Этот опыт проводится при пониженном
напряжении на первичной обмотке, так
чтобы при замкнутой накоротко вторичной
обмотке ток во вторичной обмотке
соответствовал номинальному значению
.
При опыте короткого замыкания напряжение,
подводимое к первичной обмотке, мало и
равно
.
Отсюда следует, что магнитный поток
и магнитная индукция
трансформатора будут также малы. Как
известно, магнитные потери в магнитопроводе
пропорциональны квадрату магнитной
индукции, поэтому в опыте короткого
замыкания трансформатора ими можно
пренебречь.
Рабочее задание
Ознакомиться с приборами, аппаратами и оборудованием съемной панели (рис. 5) лабораторного стенда, используемого для испытания однофазного трансформатора, и занести в таблицу 1 номинальные технические данные исследуемого трансформатора.
Таблица 1
|
Номинальная мощность, ВА |
Частота, Гц |
Номинальное напряжение, В |
Номинальный ток, А |
|||||
Таблица 2
|
Режим работы |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Работа под нагрузкой
|
|||||||||||
2. По данным опыта холостого хода определить параметры схемы замещения трансформатора, представленной на рис. 2, используя следующие соотношения:
,
,
.
Используя паспортные данные трансформатора пункта 1 рабочего задания, рассчитать номинальные токи в первичной и вторичной обмотках трансформатора и занести их в таблицу 1:
,
Определить
снижение напряжения на вторичной
обмотке при различных значениях
коэффициента нагрузки
,
где
– напряжение на вторичной обмотке при
заданной нагрузке.
По данным таблицы
2 построить в масштабе рабочие
характеристики трансформатора в
нагрузочном режиме, а именно: расчетные
зависимости
,
,
и
.