Μονοφασικός μετασχηματιστής στο. βραχυκύκλωμα

Transcript

1 ΑΣΚΗΣΗ 2 Μονοφασικός μετασχηματιστής στο βραχυκύκλωμα 1

2 Α. Θεωρητικές επεξηγήσεις: Με το πείραμα βραχυκύκλωσης δοκιμάζει κανείς την συμπεριφορά του Μ/Σ σε συνθήκη λειτουργίας στο φορτίο. Κατά τη διάρκεια του πειράματος βραχυκύκλωσης μετράει κανείς την τάση Uκ, το ρεύμα Iκ και την απορροφημένη πραγματική ισχύ PK στην είσοδο, αφού βραχυκυκλώσει την έξοδο. Η τάση εξόδου είναι U2=0 και στο τύλιγμα ρέει το ρεύμα βραχυκύκλωσης I2. Ενδιαφέρον παρουσιάζει εκείνο το σημείο λειτουργίας, κατά το οποίο η τιμή της τάσεως UK παίρνει τέτοια τιμή, ώστε στο πρωτεύον και στο δευτερεύον τύλιγμα να ρέουν τα ονομαστικά ρεύματα I1N και I2N αντίστοιχα. Η τιμή αυτή της τάσης εισόδου κατά τη οποία στα δύο τυλίγματα ρέουν τα ονομαστικά ρεύματα, ονομάζεται ονομαστική τάση βραχυκύκλωσης του Μ/Σ U και αναγράφεται υποχρεωτικά στην πινακίδα στοιχείων του, συνήθως σαν ποσοστό % της ονομαστικής τάσης του πρωτεύοντος του Μ/Σ. διαδικασία: % U1N 2 u U Για να την προσδιορίσουμε συνήθως εκτελούμε την ακόλουθη Σε ένα Μ/Σ βραχυκυκλώνουμε το δευτερεύον τύλιγμα αφού παρεμβάλουμε ένα αμπερόμετρο στον αγωγό της βραχυκύκλωσης. Έπειτα τροφοδοτούμε το πρωτεύον τύλιγμα με τάση (που έχει συχνότητα ίση με την ονομαστική),την οποία αυξάνουμε σιγά-σιγά αρχίζοντας από πολύ μικρές τιμές. Για κάποια τιμή U1 της τάσης του πρωτεύοντος, την οποία μετρούμε με βολτόμετρο, η ένταση στο

3 βραχυκυκλωμένο δευτερεύον θα γίνει ίση με την ονομαστική τιμή της έντασης I2N του Μ/Σ, τότε και η ένταση του πρωτεύοντος θα είναι ίση με την ονομαστική τιμή της ένταση I1N του Μ/Σ. Η τιμή αυτή της U1 τάσεως του πρωτεύοντος ονομάζεται τάση βραχυκύκλωσης U του Μ/Σ. Σε Μ/Σ διανομής μικρής ισχύος η τάση βραχυκύκλωσης είναι u =4% για να έχουν μικρή πτώση τάσης. Για Μ/Σ μεγάλης ισχύος η τάση βραχυκύκλωσης είναι ίση και μεγαλύτερη από το 6% της U1N, με στόχο τον περιορισμό των ρευμάτων βραχυκύκλωσης στα παρουσιαζόμενα σφάλματα. Ο Μ/Σ δεν αποδίδει καμιά ισχύ (αφού U2=0) και επομένως όλη η απορροφημένη ισχύς μετατρέπεται μέσα στο Μ/Σ, ως απώλεια. Η ισχύς αυτή καλύπτει απώλειες τυλιγμάτων και σιδήρου στο βραχυκύκλωμα, καθώς και πρόσθετες απώλειες, οι οποίες δημιουργούνται από τα πεδία σκέδασης στα εξωτερικά τμήματα του Μ/Σ. Για τις απώλειες χαλκού ισχύει η σχέση: P I R I R 2 2 CUN 1N 1 2N 2 Επειδή λοιπόν στο πείραμα βραχυκύκλωσης η τάση τροφοδοσίας του Μ/Σ είναι πολύ χαμηλή σε σχέση με την ονομαστική τιμή της τάσης του και επειδή οι απώλειες σιδήρου είναι ανάλογες της τάσης τροφοδοσίας του Μ/Σ μπορούμε να πούμε ότι η ΡK σαν απώλεια, δείχνει με επαρκή ακρίβεια τις απώλειες χαλκού του Μ/Σ. Άρα: P P CUN 3

4 Με το πείραμα αυτό, τελικά, καθορίζει κανείς ένα ακόμη τμήμα των απωλειών του Μ/Σ. Με τα μετρηθέντα μεγέθη υπολογίζεται εύκολα και η γωνία φάσης ανάμεσα στην U και την I1N. P S 4

5 Β. Πορεία εκτέλεσης της άσκησης: Σκοπός: Μετά την πραγματοποίηση αυτής της άσκησης ο φοιτητής θα μπορεί να: πραγματοποιεί την συνδεσμολογία για την λήψη μετρήσεων σε μετασχηματιστές σύμφωνα με το παρακάτω διάγραμμα. ορίζει την τάση βραχυκύκλωσης ενός μονοφασικού Μ/Σ. συγκρίνει τις απώλειες χαλκού P cu του Μ/Σ μεταξύ των μετρήσεων στο πείραμα βραχυκύκλωσης και του υπολογισμού τους από τον τύπο. μπορεί να χαράζει την χαρακτηριστική της μεταβολής της έντασης του ρεύματος βραχυκύκλωσης του Μ/Σ ως συνάρτηση της τάσης βραχυκύκλωσης και την χαρακτηριστική της μεταβολής της απορροφούμενης ισχύος ως συνάρτηση της τάσης βραχυκύκλωσης. αξιολογεί τα αποτελέσματα των μετρήσεων και αποτυπώνει στην εργασία του τις απώλειες χαλκού που έχει μετρήσει. απαντά σε σύνθετες ερωτήσεις. Πορεία εκτέλεσης της εργαστηριακής άσκησης: 1. Καταγράψτε τα στοιχεία των οργάνων και συσκευών που θα χρησιμοποιηθούν κατά την διεξαγωγή της άσκησης. 2. Να μετρηθούν οι αντιστάσεις των τυλιγμάτων εισόδου και εξόδου του Μ/Σ. Κατόπιν με τα ονομαστικά στοιχεία της πινακίδας να υπολογιστούν οι απώλειες χαλκού στο ονομαστικό 5

6 φορτίο και να συγκριθούν με αυτές της μέτρησης. Ποια τα συμπεράσματα σας από την παραπάνω σύγκριση; 3. Πραγματοποιήστε την συνδεσμολογία για την λήψη μετρήσεων στον μετασχηματιστή χωρίς φορτίο σύμφωνα με το παρακάτω διάγραμμα. 4. Ελέγξτε την ορθότητα της συνδεσμολογίας. 5. Δώστε τάση ανοίγοντας το τροφοδοτικό και μεταβάλλεται την τάση εισόδου U 1 από 0V μέχρι την U. (το ρεύμα στο U I δευτερεύων να φτάσει την ονομαστική του τιμή). 6. Καταγράψτε στον παρακάτω πίνακα τις τιμές της ηλεκτρικής V έντασης I, της ηλεκτρικής ισχύος P. ( A ) P W 7. Χαράξτε τις χαρακτηριστικές I f U και P f U. 6

7 Υπόδειγμα των χαρακτηριστικών Ικ P I=f(U) P=f(U) U Η βασική χαρακτηριστική του πειράματος βραχυκύκλωσης είναι η μεταβολή του ρεύματος I σαν συνάρτηση της τάσης εισόδου U. Η συνάρτηση αυτή είναι μια ευθεία γραμμή και μόνο για τιμές του ρεύματος πολύ μεγαλύτερες της ονομαστικής του τιμής παρουσιάζει κάμψη εξαιτίας του κορεσμού λόγω σκέδασης. Η άλλη χαρακτηριστική είναι η μεταβολή της απορροφούμενης ισχύος P ως συνάρτηση της τάσης U. Η ισχύς βραχυκύκλωσης μεταβάλλεται συναρτήσει του τετραγώνου της τάσης. 7

8 Ερωτήσεις: 1. Γιατί οι Μ/Σ περιορίζουν τα ρεύματα βραχυκύκλωσης στα δίκτυα; 2. Πως μπορεί κανείς να επηρεάσει κατασκευαστικά την τάση βραχυκύκλωσης σε έναν Μ/Σ; 3. Από ποια μεγέθη εξαρτάται η τάση βραχυκύκλωσης σε έναν Μ/Σ ισχύος; 4. Γιατί η τάση βραχυκύκλωσης δίνεται τις περισσότερες φορές επί της εκατό; 8

9 Βιβλιογραφία 1. Ηλεκτρικές Μηχανές I ( Βιβλίο Θεωρίας) Ψωμιάδης Δημήτρης 2. Εφαρμογές Ηλεκτρικών Μηχανών I Ψωμιάδης Δημήτρης 3. Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών I Ψωμιάδης Δημήτρης 4. Ηλεκτρικές Μηχανές II (Βιβλίο Θεωρίας) Ψωμιάδης Δημήτρης 5. Εφαρμογές Ηλεκτρικών Μηχανών II Ψωμιάδης Δημήτρης 6. Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών II Ψωμιάδης Δημήτρης Ηλεκτρικές Μηχανές. Ασύγχρονες Σύγχρονες Μηχανές. Ν.Π. ΤΡΩΓΑΔΑ. ΤΕΙ Λάρισας. 9. Ηλεκτρικές Μηχανές Συνεχούς Ρεύματος (DC). Μετασχηματιστές. Ν.Π. ΤΡΩΓΑΔΑ. ΤΕΙ Λάρισας. 10. ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Chapman Stephen J. Εκδόσεις ΤΖΙΟΛΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ θεωρία, λειτουργία, εφαρμογές, ρυθμίσεις και έλεγχος. Hubert Charles I. Εκδόσεις ΙΩΝ