однофазный трансформатор

Электротехника

Часть 2

Электронные машины и устройства

Методические советы к лабораторным работам

Рязань 2006

Печатается по решению

редакционно-издательского совета

РГПУ им. С.А. Есенина

ббк 31. 261

Э 455

УДК 621

Элек­тро­тех­ни­ка. Часть 2: Электронные машины и устройства: Ме­то­ди­че­ские ука­за­ния к ла­бо­ра­тор­ным ра­бо­там. - Ря­зань: Изд однофазный трансформатор-во РГПУ им. С.А. Есе­ни­на, 1998. - 56 с.: ил.

Из­да­ние со­дер­жит све­де­ния о конструкции, механизмах работы и экспериментальных ме­то­дах исследования черт элек­три­че­ских машин и электротехнических устройств, а так­же опи­са­ния ла­бо­ра­тор­ных однофазный трансформатор ра­бот, вы­пол­няе­мых сту­ден­та­ми фи­зи­ко-ма­те­ма­ти­че­ско­го фа­куль­те­та при изу­че­нии 2-ой час­ти кур­са “Элек­тро­тех­ни­ка”.

Составители:

А.Н. Корольков, канд. техн. наук, доц.

О.Н. Крютченко, д-р однофазный трансформатор техн. наук, проф.

М.В. Чиркин, канд. физ.-мат. наук, доц.

Научный редактор В.А. Степанов, д-р физ.-мат. наук, проф.

Рецензенты:

Д.В. Морин, канд. физ.-мат. наук, доц.

Н.М. Верещагин, канд. техн. наук, доц.

Ó Издательство Рязанского

муниципального педагогического

института им. С.А. Есенина, 1998

Лабораторная работа Nо 7

однофазовый однофазный трансформатор трансформатор

Цель работы: исследование режимов работы и черт однофазового понижающего трансформатора.

Приборы и принадлежности: однофазовый трансформатор, миллиамперметр, два вольтметра, амперметр, лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), реостат, дроссель с подвижным сердечником.

короткие теоретические сведения

Трансформатор - статическое устройство, применяемое для передачи энергии переменного тока меж гальванически несвязанными цепями средством явления обоюдной электрической индукции. В однофазный трансформатор большинстве случаев при всем этом происходит преобразование тока 1-го напряжения в ток другого напряжения без конфигурации частоты его колебаний.

По собственному предназначению трансформаторы делятся на три главные группы: силовые, согласующие и импульсные.

Силовые трансформаторы служат для передачи и рассредотачивания энергии в технологических целях, также для питания радиоэлектронной однофазный трансформатор аппаратуры, электробытовых и осветительных устройств.

Трансформаторы, созданные для согласования сопротивлений меж каскадами (звеньями) разных радиоэлектронных устройств, именуются согласующими.

Импульсные трансформаторы употребляются для передачи электронной энергии из одной цепи в другую в виде маленьких во времени импульсов.

По числу фаз различают однофазовые и многофазные (в большинстве случаев трехфазные) трансформаторы.

По конструкционному выполнению различают однофазный трансформатор двух- и многообмоточные трансформаторы. Двухобмоточные трансформаторы состоят из одной первичной обмотки (обмотки, соединенной с сетью электроснабжения либо генератором) и одной вторичной (обмотки, к которой подключается потребитель электроэнергии). Многообмоточные трансформаторы имеют одну первичную и несколько вторичных электрически изолированных друг от друга обмоток.

Трансформаторы, созданные для увеличения напряжения

в электронной цепи, именуют однофазный трансформатор повышающими, а применяемые для снижения напряжения - понижающими.

На рис. 7.1,а изображена схема однофазового двухобмоточного трансформатора, а на рис. 7.1,б - его принятые условные обозначения на электронных схемах.


Сеть

б

Ф i2

i1

u1 e1e2u2 Zн

1 2

w1 w2

3 а

Рис. 7.1

Трансформатор содержит первичную 1 и вторичную 2 обмотки, размещенные на замкнутом ферромагнитном однофазный трансформатор сердечнике (магнитопроводе) 3. Сердечник предназначен для усиления магнитной связи меж обмотками. Он набирается из отдельных изолированных листов электротехнической стали шириной 0,3-0,5 мм. Это нужно для уменьшения утрат на разогрев магнитопровода вихревыми токами. Обмотки делаются из меди - материала с малым удельным электронным сопротивлением.

Если первичную обмотку с числом витков w1 подключить к источнику переменного однофазный трансформатор напряжения u1, то в ней возникнет ток i1, который делает в сердечнике переменный магнитный поток Ф1=Фmsinwt. Этот поток, пронизывая первичную и вторичную обмотки, наводит в их электродвижущие силы (ЭДС) е1 и е2, определяемые законом электрической индукции:

е1=-w1dФ1/dt=-w1wФmcoswt=-2pfФmw1coswt,(7.1)

е2=-w2dФ1/dt=-w однофазный трансформатор2wФmcoswt=-2pfФmw2coswt,(7.2)

где em1=2pfw1Фm и em2=2pfw2Фm - амплитудные значения наводимых в обмотках трансформатора ЭДС.

Беря во внимание связь амплитудных и действующих значений ЭДС -em=Ö2e, последние выражения можно конвертировать к виду:

e1=Ö2pfw1Фm=4,44w1fФm,

e2=Ö2pfw2Фm=4,44w2fФm. (7.3)

Отношение k12=e1/e однофазный трансформатор2 именуют коэффициентом трансформации. Из (7.3) следует, что

k12=e1/e2=w1/w2 (7.4)

определяется только соотношением чисел витков первичной и вторичной обмоток.

При подключении к зажимам вторичной обмотки нагрузки с сопротивлением Zн через нее под воздействием е2 потечет переменный ток i2. В итоге энергия из цепи первичной обмотки передается в цепь однофазный трансформатор вторичной за счет магнитного потока Ф1. Ток i2 образует в сердечнике трансформатора свой магнитный поток Ф2, который, складываясь с потоком первичной обмотки Ф1, делает результирующий поток Ф, именуемый рабочим магнитным потоком трансформатора.

Согласно второму закону Кирхгофа, для цепи, содержащей первичную обмотку трансформатора, производится соотношение:

U1 = - e1 + I1Z1, (7.5)

где I однофазный трансформатор1Z1---падения напряжения на данной обмотке.

В режиме холостого хода (при отключенной нагрузке) ток I1 мал и потому U1» -e1. После подключения ко вторичной обмотке нагрузки и возникновения в ней тока I2 происходит уменьшение магнитного потока в сердечнике (согласно правилу Ленца, поток Ф2 ориентирован встречно сгустку однофазный трансформатор Ф1). Уменьшение Ф в свою очередь вызывает понижение e1 и, в согласовании с (7.5), рост тока I1. При всем этом происходит повышение магнитного потока Ф1 ровно так, чтоб скомпенсировать размагничивающее действие потока Ф2. В итоге рабочий магнитный поток Ф в трансформаторе остается постоянным как при холостом ходе, так и в режиме однофазный трансформатор переменной нагрузки. Свойство трансформатора поддерживать свой магнитный поток на неизменном уровне именуют способностью к саморегулированию. Зависимость I1=F(I2) представлена на рис. 7.2.

I1

0 I2

Рис. 7.2

Для вторичной обмотки трансформатора по второму закону Кирхгофа производится соотношение:

U2 = e2 - I2ZН, (7.6)

из которого следует, что напряжение на ее зажимах падает однофазный трансформатор с ростом тока нагрузки. Зависимость U2=F(I2) приведена на рис. 7.3.

U2

e2

0I2

Рис. 7.3

При эксплуатации и испытаниях трансформатор может находиться в одном из 3-х режимов: рабочем (при подключении нагрузки), холостого хода и недлинного замыкания.

Примечание. Следует различать режим аварийного недлинного замыкания (очень страшный для трансформатора) и опыт однофазный трансформатор недлинного замыкания, используемый при испытаниях трансформатора для определения ряда его характеристик.

В режиме холостого хода первичная обмотка трансформатора подключена на номинальное напряжение U1ном, а вторичная разомкнута. В данном случае ток во вторичной обмотке отсутствует, а в первичной мал. При всем этом электронные утраты в первичной обмотке составляют (0,5-3,0)% от номинальной мощности однофазный трансформатор (I12r»0), а мощность, потребляемая трансформатором из сети при холостом ходе, затрачивается в главном на компенсацию утрат в железном сердечнике Рст (утраты в стали). Эту мощность можно найти ваттметром, присоединенным в цепь первичной обмотки.

Не считая того, так как в этом режиме, как надо из (7.5) и (7.6), (U1)хх однофазный трансформатор»½e1½, а (U2)хх=e2, то, контролируя эти напряжения, по (7.4) рассчитывают коэффициент трансформации.

Для выполнения опыта недлинного замыкания выводы вторичной обмотки замыкаются накоротко, а на первичную подается пониженное напряжение U1k таковой величины, чтоб обеспечить протекание в обеих электронных цепях трансформатора номинальных токов. Потому что при всем этом U однофазный трансформатор2=0, а I2=I2ном, то из (7.6) следует, что e2 мала: e2k=(0,02-0,05)e2ном. Это может быть только в случае, если в сердечнике трансформатора миниатюризируется магнитный поток. Утраты в стали прямо пропорциональны квадрату магнитного потока в сердечнике, потому в опыте недлинного замыкания они малозначительны. Утраты в обмотках однофазный трансформатор (утраты в меди - Рм) такие же, как в номинальном режиме эксплуатации трансформатора: по обеим обмоткам протекают номинальные токи. Таким макаром, измеряя мощность, потребляемую трансформатором в опыте недлинного замыкания, определяют мощность утрат в медных проводах обмоток.

По результатам опытов холостого хода и недлинного замыкания рассчитывают коэффициент полезного деяния (КПД) трансформатора как однофазный трансформатор функцию полезной мощности, отдаваемой в нагрузку:

h=Р2/P1=P2/(P2+Pcт+Рм). (7.7)

КПД современных трансформаторов добивается 97-99%.

Графически обычная зависимость h=F(P2) смотрится последующим образом (рис. 7.4):

h

0Р2номР2

Рис. 7.4

описание экспериментальной установки

Электронная схема экспериментальной установки представлена на рис. 7.5.

Исследования проводятся на понижающем трансформаторе номинальной мощности S однофазный трансформатор=60 ВА. Для регулирования напряжения, подаваемого на первичную обмотку трансформатора, ее подключают к сети через лабораторный автотрансформатор (ЛАТР). Измерение напряжений и токов в первичной и вторичной обмотках осуществляется при помощи вольтметров и амперметров электрической системы. Активная мощность, потребляемая трансформатором от сети, контролируется электродинамическим ваттметром. Нагрузкой трансформатора служит реостат, что позволяет однофазный трансформатор изменять ток вторичной обмотки в спектре 0–5 А.

* K

* A1 A2

R

V1 V2

Рис. 7.5

порядок выполнения работы

1. Соберите электронную цепь, схема которой представлена на рис. 7.5.

Произведите опыт холостого хода, разомкнув ключ К.

2. Подключив цепь к сети, установите при помощи лабораторного автотрансформатора напряжение на первичной обмотке трансформатора, равное 220 В. Зафиксируйте показания всех устройств и внесите их однофазный трансформатор в таблицу 7.1.

Таблица 7.1


Результаты измерений Результаты расчетов


U1xx I1xx U2xx Pxx k12 cos j1

3. Установите сопротивление реостата наибольшим. Замкните ключ К, переведя тем трансформатор в рабочий режим. Перемещая движок реостата, поочередно через 0,5 А повышайте ток I2 во вторичной обмотке в спектре 1–5 А. Для каждого из установленных значений однофазный трансформатор тока I2, контролируемых амперметром А2, зафиксируйте показания устройств и внесите их в таблицу 7.2.

Таблица 7.2


Результаты измерений Результаты расчетов


Nо U1 I1 P1 U2 I2 P2 cos j1 h

П/п


.

.

.

9

Примечание. По окончании данного опыта установите регулятор ЛАТРа в изначальное (нулевое) положение.

4. Произведите опыт недлинного замыкания. Для этого движок реостата однофазный трансформатор переведите в короткозамкнутое положение и, плавненько поворачивая регулятор ЛАТРа, установите во вторичной обмотке трансформатора ток, равный 5 А. Снимите показания устройств и внесите их в таблицу 7.3.

Таблица 7.3


Результаты измерений


U1K I1K I2K PK


Примечание. После выполнения опыта установите движок реостата в среднее положение.

5. Включите поочередно с реостатом дроссель с однофазный трансформатор подвижным сердечником. На сто процентов введите сердечник в дроссель и установите при помощи ЛАТРа напряжение на первичной обмотке, равное 220 В, а при помощи реостата – ток во вторичной обмотке трансформатора, равный 1 А. Потом, поочередно выдвигая сердечник из дросселя, снимите для 5-6 его разных положений зависимость U2=F(I2). Результаты внесите в таблицу 7.4.

Таблица однофазный трансформатор 7.4


Результаты измерений


No I2 U2

П/п

.

.

.

6. Высчитайте значение k12, используя соотношение (7.4), и величину коэффициента мощности первичной обмотки трансформатора по формуле cosj1=P1/U1I1. Результаты внесите в таблицу 7.1.

7. По данным таблицы 7.2, беря во внимание, что нагрузка чисто активная (cosj2=1), высчитайте активную мощность Р2 в нагрузке (Р2=U2I2cosj2), величину однофазный трансформатор cosj1 и h трансформатора - формула (7.7), в какой Рст=Рхх – опыт холостого хода, Рм=РК – опыт недлинного замыкания. Результаты расчетов внесите в таблицу 7.2.

8. По данным таблицы 7.2 постройте графики зависимостей U2=F(I2), I1=F(I2), cosj1=F(P2) и h=F(P2).

9. По данным таблицы 7.4 постройте график зависимости U однофазный трансформатор2=F(I2) для индуктивной нагрузки. Сравните его с графиком, приобретенным в п. 8 для активной нагрузки.

контрольные вопросы

1. Растолкуйте устройство и механизм работы однофазового трансформатора.

2. Дайте определение коэффициента трансформации. От каких причин он зависит?

3. Растолкуйте факт роста тока в первичной обмотке трансформатора при увеличении тока в его вторичной обмотке.

4. Почему напряжение однофазный трансформатор на вторичной обмотке трансформатора миниатюризируется с ростом тока нагрузки?

5. Как производятся и для каких целей употребляются опыты холостого хода и недлинного замыкания?


oderzhimij-ili-sdelka-s-prizrakom-29-glava.html
oderzhimij-ili-sdelka-s-prizrakom-5-glava.html
oderzhimost-i-navyazchivost.html