Краткие теоретические сведения
Трансформатор– статический электромагнитный аппарат для преобразования переменного тока одного напряжения впеременный ток другого напряжения, той же частоты. Трансформаторы применяют в электрических цепях при передаче и распределении электрической энергии, а также в сварочных, нагревательных, выпрямительных электроустановках и многом другом.
Трансформаторы различают по числу фаз, числу обмоток, способу охлаждения. В основном используются силовые трансформаторы, предназначенные для повышения или понижения напряжения в электрических цепях.
Устройство и принцип работы
Схема однофазного двухобмоточного трансформатора представлена ниже.
На схеме изображены основные части: ферромагнитный сердечник, две обмотки на сердечнике. Первая обмотка и все величины которые к ней относятся (i1 – ток, u1 – напряжение, n1 – число витков, Ф1 – магнитный поток) называют первичными, вторую обмотку и соответствующие величины – вторичными.
Первичную обмотку включают в сеть с переменным напряжением, её намагничивающая сила i1n1 создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф, который сцеплен с обеими обмотками и в них индуцирует ЭДС:
,
.
Рисунок 1 – Схема двухобмоточного однофазного трансформатора
При синусоидальном изменении магнитного потока Ф = Фm∙sinωt , ЭДС равно:
Для того чтобы посчитать действующее значение ЭДС нужно воспользоваться формулой:
|
|
|
E = 4,44 ∙ f ∙ n ∙ Фm,
где f – циклическая частота, n – количество витков, Фm – амплитуда магнитного потока. Причем если вы хотите посчитать величину ЭДС в какой-либо из обмоток, нужно вместо n подставить число витков в данной обмотке.
Из приведенных выше формул можно сделать вывод о том, что ЭДС отстает от магнитного потока на четверть периода и отношение ЭДС в обмотках трансформатора равно отношению чисел витков:
Если вторая обмотка не находится под нагрузкой, значит трансформатор находится в режиме холостого хода. В этом случае i2 = 0, а u2 = E2, ток i1 мал и мало падение напряжения в первичной обмотке, поэтому u1 ≈ E1 и отношение ЭДС можно заменить отношением напряжений:
Из этого можно сделать вывод, что вторичное напряжение может быть меньше или больше первичного, в зависимости от отношения чисел витков обмоток. Отношение первичного напряжения ко вторичному при холостом ходе трансформатора называется коэффициентом трансформации k.
Как только вторичная обмотка подключается к нагрузке, в цепи возникает ток i2, то есть совершается передача энергии от трансформатора, который получает ее из сети, к нагрузке. Передача энергии в самом трансформаторе происходит благодаря магнитному потоку Ф.
|
|
|
Обычно мощность на выходе и мощность на входе приблизительно равны, так как трансформаторы являются электрическими машинами с довольно высоким КПД, но если требуется произвести более точный расчет, то КПД находиться как отношение активной мощности на выходе к активной мощности на входе:
Магнитопровод трансформатора представляет собой закрытый сердечник, собранный из листов электротехнической стали толщиной 0,5 или 0,35 мм. Перед сборкой листы с обеих сторон изолируют лаком.
По типу конструкции различают стержневой (Г-образный) и броневой (Ш-образный) магнитопроводы. Рассмотрим их структуру.
Стержневой трансформатор состоит из двух стержней, на которых находятся обмотки и ярма, которое соединяет стержни, собственно, поэтому он и получил свое название. Трансформаторы этого типа применяются значительно чаще, чем броневые трансформаторы.
| 3 |
| 3 |
Рисунок 2 – Магнитопровод:
1 – стержень, 2 – ярмо, 3 – обмотка.
Порядок выполнения работы
1. Перед проведением работы необходимо привести модули в исходное состояние. Для этого при выключенном автоматическом выключателе QF1 модуля питания стенд установить переключатель SA2 модуля однофазного трансформатора в положение «∞».
|
|
|
2. Собрать схему, представленную на рисунке 1. Представить ее для проверки преподавателю.
Примечание: в работе используется однофазный двухобмоточный трансформатор, каталожные данные которого приведены в Приложении Г.
3. Снять внешнюю характеристику трансформатора.
Внешняя характеристика представляет собой зависимость вторичного напряжения трансформатора от тока нагрузки U2 = f (I2) при Ui = U1H = const и cos φ2 = const.
Схема для снятия внешней характеристики представлена на рис. 3.
Рисунок 3 – Схема для снятия внешней характеристики
трансформатора
Однофазный трансформатор подключается к нерегулируемому источнику переменного тока «~ 220» модуля МП. Для создания нагрузки во вторичную цепь трансформатора включается регулируемое сопротивление RP2. Контроль параметров в первичной и вторичной обмотках осуществляется с помощью приборов PV и РА модуля МИ.
Опыт проводится в следующем порядке:
- включить автоматические выключатели QF1 и QF2 модулей МПС и МП соответственно, трансформатор работает на холостом ходу, данную точку занести в табл. 1;
- переключателем SA2 модуля ОдТр изменять ток вторичной обмотки до тех пор, пока ток в первичной обмотке не будет равен I1 ≈ I1H.
|
|
|
где Sн – полная мощность (Приложение Г), кВА; Um – номинальное вторичное напряжение (Приложение Г), В. Переключатель SA2 в положение «0» не выводить. Данные опыта занести в табл. 1.
Таблица 1 – Результаты измерений и вычислений
| Данные опыта | Расчетные данные | |||
| U2, B | I1,A | KТР | Кнг | I2, А |
4. После проведения опыта SA2 перевести в положение «0», отключить автоматы QF2, QF1.
5. По опытным данным можно построить внешнюю характеристику трансформатора и рассчитать коэффициенты нагрузки и трансформации.
Коэффициент трансформации:
где U2, U1 – напряжения вторичной и первичной обмоток на холостом ходу.
Ток вторичной обмотки, А:
I2 = I1 ∙ KTP
Коэффициент нагрузки:
Полученные данные занести в таблицу 1.
6. Сделать вывод по проделанной работе.
Контрольные вопросы:
1. Почему ток холостого хода трансформатора очень мал и составляет несколько процентов от номинального тока?
2. Чем объяснить, что КПД трансформатора, как правило, определяют расчетным способом?
Лабораторная работа № 2
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 588; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!