Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Л.р. 4 Исследования однофазного трансформатора

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Контрольные вопросы и задания

-1. Объяснить устройство и принцип действия однофазного трансформатора.

-2. Как зависит величина магнитного потока в сердечнике от напряжения на первичной обмотке?

-3. Как изменяется ток в первичной обмотке при увеличении тока во вторичной обмотке?

-4. Как и для чего проводится опыт холостого хода трансформатора?

-5. Как и для чего проводится опыт короткого замыкания трансформатора?

-6. Почему форма тока в первичной обмотке отличается от синусоидальной?

-7.Какое влияние оказывает род нагрузки на вид внешней характеристики трансформатора?

- 8.Какие потери относятся к постоянным, а какие к переменным?

-9. КПД трансформатора. Зависимость кпд от коэффициента нагрузки.

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного или постоянного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.
Трансформатор осуществляет преобразование напряжения переменного или постоянного тока и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения — электроэнергетике, электронике и радиотехнике.
Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.
Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:
Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)
Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)
На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток намагничивания создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.
В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.

2. По первичной и вторичной обмоткам при нагрузке протекают численно неравные токи. Если пренебречь потерями мощности в трансформаторе, то мощность, отдаваемая трансформатором приемнику энергии U₂I₂, равна мощности, потребляемой из сети источника энергии U₁I₁т. е.

откуда: и

Пренебрегая падением напряжения в сопротивлениях первичной обмотки трансформатора, можно допустить, как это было показано выше, при любой его нагрузке приближенное равенство абсолютных величин приложенного напряжения U₁ и уравновешивающей это напряжение э. д. с.первичной обмотки, т. е.

На основании этого равенства можно сказать, что при неизменном по величине приложенном напряжении U₁ будет приблизительно неизменной э. д. с. E₁, индуктируемая в первичной обмотке трансформатора при любой его нагрузке. А так как э.д.с, Е₁ зависит от магнитного потока Ф _т, то и магнитный поток в магнитопроводе трансформатора при любом изменении нагрузки будет приблизительно неизменным.

Таким образом, при неизменном приложенном напряжении амплитуда магнитного потока в сердечнике трансформатора практически неизменна при любом изменении нагрузки.

Ток I₂, протекающий по вторичной обмотке при нагрузке трансформатора, создает свой магнитный поток, который согласно закону Ленца направлен встречно магнитному потоку в сердечнике, стремясь его уменьшить. Чтобы результирующий магнитный поток в сердечнике остался неизменным, встречный магнитный поток вторичной обмотки должен быть уравновешен магнитным потоком первичной обмотки.

Следовательно, при увеличении тока вторичной обмотки I₂ возрастает размагничивающий магнитный поток этой обмотки и одновременно увеличиваются как ток первичной обмотки I₁, так и магнитный поток, создаваемый этим током. Так как магнитный поток первичной обмотки уравновешивает размагничивающий поток вторичной обмотки, то результирующий магнитный поток в сердечнике оказывается неизменным.

В понижающем трансформаторе напряжение первичной обмотки U₁ больше напряжения вторичной обмотки U₂ в К раз, следовательно, и сила тока вторичной обмотки I₂ больше силы тока первичной обмотки I₁ также в К раз. В повышающем трансформаторе имеет место обратное соотношение между напряжениями его обмоток и между силами токов в них.

3. Увеличение нагрузки во вторичной цепи означает, что растёт потребляемый ток при неизменном напряжении вторичной цепи. Сопротивление нагрузки уменьшаем, уменьшаем, уменьшаем... вплоть до короткого замыкания. Ток в нагрузке растёт, растёт,растёт и увеличивается одновременно ток самоиндукции в первичной цепи, что приводит к уменьшению индуктивного сопротивления первичной обмотки. Меньше сопротивление- больше ток при неизменном напряжении в первичной обмотки.
Практически это выглядит так: Трансформатор 220-12 вольт. По 12 вольтам я делаю короткое замыкание., а вылетает предохранитель в цепи 220 вольт. Вот такое объяснение на пальцах.

4.Исследовать трансформатор в режиме холостого хода:

U₁ = U_1н; I₂ = 0. При этом напряжение на вторичной обмотке трансформатора равно Е₂ (U₂ = Е₂), а ток в первичной обмотке I₁ = I₁₀.

Собирается схема, изображенная на рис. 4 (в методичке).

Для уменьшения погрешностей при снятии показаний приборов в первичной цепи трансформатора следует временно отключить вольтметр во вторичной обмотке.

Опыт холостого хода позволяет определить потери мощности стали, так как электрические потери незначительны по сравнению с магнитными потерями, поэтому считается, что Р₁₀» Р_ст и параметры ветви намагничивания, используемые для построения схемы замещения трансформатора: R₀, Х₀, Z₀.

Расчетные формулы к опыту холостого хода трансформатора:

n= – коэффициент трансформации; Z₀ = ; R₀ = ; X₀ = ;

cosj₁₀ = ; I₁₀ % = 100 %.

5. Исследовать трансформатор в режиме короткого замыкания:

U₂ = 0; I₁ = I_1н; I₂ = I_2н.

При выполнении опыта короткого замыкания напряжение на первичной обмотке постепенно повышается от 0 до значения U_1к, при котором I_1к = I_1н.

Собирается схема, изображенная на рис. 5, а. Результаты измерений заносятся в табл. 7.(в методичке). Малому значению напряжения на первичной обмотке трансформатора соответствует незначительный поток в сердечнике. Следовательно, в опыте короткого замыкания магнитные потери малы по сравнению с электрическими потерями. Поэтому мощность, измеряемая в опыте короткого замыкания, практически равна мощности электрических потерь при номинальном режиме трансформатора Р_1к≈ Р_эл.

Расчётные формулы к опыту короткого замыкания трансформатора:

Z_k = ; R_k= ; X_k= ,

где Z_k, R_k, X_k - сопротивления, используемые для построения упрощенной схемы замещения трансформатора;

cosφ₁_k = ; U_а_k = 100%; U_pk = 100%; U_k = 100%,

где U_ак, U_рк - активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания.

Напряжение короткого замыкания является величиной, важной для практики, так как она позволяет определить изменение вторичного напряжения трансформатора при нагрузке.

6. токи, изменяющиеся не скачками, но далеко не так плавно, как синусоида, в электроустановках далеко не редкость. Такие токи называются несинусоидальными. Они могут возникать и в генераторах, и в трансформаторах, и вообще в любых цепях, где имеются обмотки на стальных, ферритовых и пермаллоевых сердечниках, в режимах, когда проявляется насыщение.

ИЛИ

Железо сердечника имеет нелинейную характеристику зависимости магнитного потока от тока обмотки (петля гистерезиса). Поэтому ток будет с переменной амплитудой и фазой и его можно представить в виде ряда Фурье, в котором, вместе с основной гармоникой, будут гармоники других порядков...

12 Следующая ⇒