Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Материалы для подготовки к работе

Стр 1 из 2Следующая ⇒

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

Исследование однофазного трансформатора

ЦЕЛИ РАБОТЫ

1. Закрепить практические знания принципа действия и устройства трансформатора.

2. Приобрести практические навыки в сборке схемы и включении однофазного трансформатора.

3. Исследовать основные свойства трансформатора.

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К РАБОТЕ

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, в котором переменный ток одного напряжения преобразуется в переменный ток той же частоты, но другого напряжения.

Трансформатор состоит из стального сердечника, собранного из тонких листов электротехнической стали, так же как в катушках индуктивности с ферромагнитным сердечником, изолированных друг от друга с целью снижения потерь мощности на гистерезис и вихревые токи. На сердечнике однофазного трансформатора (рис. 7.1) в простейшем случае расположены две обмотки, выполненные из изолированного провода. К первичной обмотке подводится питающее напряжение U ₁. Со вторичной его обмотки снимается напряжение U ₂, которое подводится к потребителю по электрической энергии.

Во многих случаях трансформатор имеет не одну, а две или несколько вторичных обмоток, к каждой из которых подключается свой потребитель электроэнергии.

Принцип действия трансформатора основан на законе электромагнитной индукции, который реализуется следующим образом. При протекании переменного тока по первичной катушке в стальном сердечнике возникает переменный магнитный поток Ф
(рис. 7.1).

Рис. 7.1. Схема, поясняющая работу трансформатора

Магнитный поток Ф, пронизывая витки первичной и вторичной катушек, индуктирует в них ЭДС Е ₁ и Е ₂, которые определяются следующими выражениями:

где Ф_т – амплитудное значение магнитного потока;

W ₁ и W ₂ – число витков первично и вторичной обмоток;

f – частота изменения тока и напряжения источника переменного тока. В лабораторной работе f = 50 Гц.

Таким образом соотношение ЭДС Е ₁ и Е ₂ обмоток трансформатора зависит от соотношения чисел витков первичной и вторичной обмоток W ₁ и W ₂.

Отношение ЭДС обмотки высшего напряжения к ЭДС обмотки низшего напряжения называется коэффициентом трансформации трансформатора (n_T).

Если W ₁> W ₂, то Е ₁ >E ₂ и трансформатор будет понижающий.

Если W ₁< W ₂, то Е ₁< E ₂ и трансформатор будет повышающий.

При исследовании появляется необходимость проведения опыта холостого хода трансформатора. Этот опыт проводится в целях определения коэффициента трансформации n_T, магнитного потока Ф_т, а также потерь мощности Р _т _ном в сердечнике магнитопровода трансформатора при номинальном режиме.

При опыте холостого хода к первичной обмотке трансформатора подводится напряжение, равное номинальному его значению U _{1 ном}. Вторичная обмотка трансформатора при этом разомкнута, так как в цепи ее отсутствует нагрузка. В результате этого ток во вторичной обмотке оказывается равным нулю (I ₂= 0), в то время как в цепи первичной обмотки трансформатора будет ток холостого хода I ₀, значение которого обычно невелико и составляет порядка 4-10% от номинального значения тока в первичной обмотке I _1ном. С увеличением номинальной мощности трансформатора относительное значение тока холостого хода снижается.

На холостом ходу, когда падение напряжения в трансформаторе мало, отношение ЭДС Е ₁ и Е ₂ можно заменить отношением напряжений на зажимах обмоток трансформатора U _B и U _H т.е.

Воспользовавшись вторым законом Кирхгофа для первичной и вторичной цепи трансформатора в режиме холостого хода, можно получить следующие уравнения электрического равновесия:

- для первичной цепи: ;

- для вторичной цепи: ,

где - полное сопротивление первичной обмотки.

При работе с нагрузкой вторичная цепь замкнута по ней протекает под действием ЭДС Е ₂ ток нагрузки I ₂. В этом случае для вторичной цепи можно записать уравнение:

где - полное сопротивление вторичной обмотки трансформатора.

Из последнего уравнения видно, что с увеличением тока I ₂ напряжение U ₂ уменьшается. Это явление хорошо видно на внешней характеристике трансформатора (рис. 7.2), т.е. зависимости напряжения на зажимах вторичной обмотки U ₂ от тока нагрузки I ₂ при постоянном первичном напряжении и частоте cos φ.

Рис. 7.2. Внешняя характеристика трансформатора:

U ₂_xx – вторичное напряжение трансформатора на холостом ходу.

U _2н – вторичное напряжение при номинальной нагрузке трансформатора.

I ₂_x – ток вторичной цепи при номинальной нагрузке трансформатора.

Разность между вторичным напряжением при холостом ходе (U₂_xx) и вторичным напряжением при нагрузке (U _2н) называется потерей напряжения в трансформаторе (Δ U ₂).

или

КПД современных трансформаторов весьма высок. С увеличением номинальной мощности трансформатора КПД растет, причем для мощных трансформатором он достигает значений порядка 98-99%.

Короткое замыкание трансформатора – это работа трансформатора при пониженном первичном напряжении и коротко замкнутых зажимах вторичной обмотки трансформатора.

Мощность, потребляемая трансформатором при холостом ходе, расходуется на покрытие потерь в стали. Мощность, потребляемая трансформатором при коротком замыкании, идет на потери в меди, т.е. в обмотках трансформатора.

12 Следующая ⇒