Введение

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра информационно-измерительной техники

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему

«Исследование зависимости параметров трансформатора напряжения от частоты»

Москва, 2013

Оглавление

Оглавление. 2

Аннотация.. 4

Введение. 5

Техническое задание. 9

1. Теоретическая часть.. 10

1.1 Решение систем уравнений в программе MathCAD.. 10

1.2 Моделирование электрической цепи в Microcap 9.0.. 11

1.3 Предварительный метод.. 14

1.4 Расчет предельной погрешности измерения индуктивности и сопротивления с помощью прибора Е7-22.. 18

1.5 Пересчёт сопротивления и индуктивности и расчёт косвенным методом 19

2. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТА №1 «Моделирование вертикальной ветви модели трансформатора в частотной области». 20

2.1 Упрощенная эквивалентная схема ТН для режима ХХ.. 20

2.2 Измеренные данные. 22

2.3 Задание. 23

2.4 Методические указания.. 24

2.5 Примерный отчёт.. 24

3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 «Моделирование горизонтальной ветви модели трансформатора в частотной области». 33

3.1 Упрощенная эквивалентная схема ТН для режима КЗ.. 33

3.2 Цели работы... 37

3.3 Измеренные данные. 37

3.4 Задание. 38

3.5 Методические указания.. 39

3.6 Пример выполнения работы... 39

4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 «Моделирование горизонтальной ветви модели трансформатора во временной области». 50

Литература. 59

Аннотация

В данном курсовом проекте будет рассматриваться исследование трансформатора напряжения по трём направлениям:

· «Моделирование вертикальной ветви модели трансформатора в широкой частотной области»

· «Моделирование горизонтальной ветви модели трансформатора в широкой частотной области»

· «Моделирование вертикальной ветви модели трансформатора во временной области»

Далее все три направления будут сведены в курс лабораторных работ, что позволит студентам, после прохождения данного курса, свободно ориентироваться в моделировании трансформаторов напряжения. Помимо они освоят таких программные продукты как MathCad и Microcap.

Введение

В качестве основного объекта моделирования в данном практикуме используется трансформатор напряжения, далее именуемый просто трансформатор. Для такого выбора имеется несколько причин.

Во-первых, данный курс даётся на четвёртом семестре, когда уже прочитан курс Электротехники, необходимый для понимания моделирования трансформатора.

Во-вторых, весьма важные вопросы моделирования электронных устройств ещё не имеют подкрепления в виде соответствующих курсов на четвёртом семестре. К этим вопросам предполагается, в частности, вернуться на девятом семестре в курсе «Моделирование функциональных узлов вычислительно-измерительных систем» и на десятом семестре при моделировании аналоговых интегральных схем.

В-третьих, любой учебный курс в ВУЗе может быть прочитан на достаточно высоком уровне, если он опирается на научные исследования преподавателей. На кафедре ИИТ в МЭИ исследования трансформаторов проводились в течение ряда лет под руководством профессоров Малиновского В.Н. и Диденко В.И., а также к.т.н. Лупачёва А.А. На XX Всемирном конгрессе ИМЕКО в 2012 году в г. Сеул, где присутствовало свыше 500 специалистов из 50 стран, профессором Диденко В.И. был сделан научный доклад по точному измерению параметров трансформаторов. Доклад был принят мировой научной общественностью с большим интересом и рекомендован для публикации в специальном выпуске международного журнала ACTA IMEKO.

Трансформатор напряжения (ТН) – один из наиболее часто используемых электрических устройств в электрических цепях, для преобразования одного напряжения в другое.

Надёжность оборудования с использованием трансформаторов в значительной степени зависит от их качества. Качество трансформатора определяется рядом параметров, таких как активное и индуктивное сопротивление рассеяния и намагничивания. Исследованием параметров трансформаторов занимались такие ученые как В. Н. Малиновский, А. И. Лурье, В. Ю. Кнеллер.

На рис. 1 приведена широко распространенная эквивалентная схема ТН [1]

Рис. 1 Т-образная эквивалентная схема силового трансформатора

В проекте приняты следующие обозначения:

- напряжение первичной обмотки;

- ток первичной обмотки;

- напряжение вторичной обмотки;

– активное сопротивление первичной обмотки;

- активное сопротивление вторичной обмотки;

– индуктивность рассеяния первичной обмотки;

– индуктивность рассеяния вторичной обмотки;

– индуктивность намагничивания;

– активное сопротивление намагничивания;

– коэффициент приведения напряжения вторичной обмотки ТН к его первичной обмотке, примерно равный отношению числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки;

R_обм= + -сопротивление пары обмоток по постоянному току;

L_обм= + -индуктивность рассеяния пары обмоток.

В литературе [1] и в данной работе по умолчанию принимается = , = . Тогда сопротивление или индуктивность рассеяния первичной обмотки находится путём простого деления пополам соответственно сопротивления или индуктивности рассеяния пары обмоток.

Кроме схемы на рис.1 в литературе приведены различные упрощённые схемы для холостого хода (рис 2 а,б).

Рис. 2 Различные упрощённые схемы замещения для холостого хода.

На постоянном токе индуктивность представляется нулевым сопротивлением, поэтому в схеме с параллельным включением ( рис. 2(а)) мы оцениваем Rа, т. е. сопротивление первичной обмотки. Этот результат соответствует практике. А в схеме с последовательным включением (рис. 2(б)) учитывается Rm, которое много больше Rа. Данный результат не соответствует действительности. Следовательно, для наших исследований, мы будем пользоваться схемой с параллельным включением Rm и Lm (рис. 2(а)) для описания трансформатора в широком частотном диапазоне. Однако для конкретной частоты можно однозначно перейти от схемы на рис.2а к схеме на рис.2(б) и обратно без потери точности.

Эквивалентная схема трансформатора, указанная на рис. 1, проверялась в литературе для промышленной частоты (в России - 50 Гц, в США, Японии – 60 Гц). Целью нашего эксперимента было выяснение соответствие данной эквивалентной схемы в широком частотном диапазоне. Поэтому было решено провести измерение трансформатора на постоянном токе, а также двух частотах – 120 Гц и 1000 Гц и сравнить полученные значения параметров на разных частотах. Именно такие значения частоты мог обеспечить прибор, на котором производились измерения.

Целью работы была попытка установить зависимость изменения эквивалентных значений индуктивности и сопротивлений от частоты.

В лаборатории НИУ МЭИ опытным путем было определено влияние частоты на значения эквивалентных сопротивлений и индуктивности, и приведена оценка возможности применения данной модели для измерений на определенных частотах.

Объект измерения: маломощный трансформатор ТС-180-2.

Используемые приборы: измеритель RLC E7-22, мультиметр В7-58/2.