Лабораторная работа № 6

Исследование работы однофазного

Трансформатора

Цели работы

1. Ознакомиться с устройством и работой однофазного трансформатора.

2. Освоить приемы лабораторных исследований различных режимов работы трансформатора, определения его параметров, расчета и построения характеристик.

Содержание работы

1. Ознакомиться с лабораторной установкой, изучить и записать паспортные номинальные параметры трансформатора: U_1H, S_H, I_1H, I_2H.

2. Собрать установку испытания однофазного трансформатора и исследовать его работу. Выполнить опыты холостого хода, короткого замыкания и нагрузки трансформатор. Выполнить расчёты по результатам эксперимента.

3. Построить внешнюю характеристику трансформатора и зависимость к.п.д. трансформатора от коэффициента нагрузки.

Основные теоретические положения

Трансформатор представляет собой статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования одного переменного напряжения в другое (или несколько других) без изменения формы сигнала.

По назначению трансформаторы подразделяются на силовые, сварочные, измерительные и т.д., чем объясняется их конструктивное разнообразие и большой диапазон мощностей. Трансформатор состоит из стального магнитопровода, на который устанавливается две или более обмоток. Одна из обмоток является первичной, остальные – вторичными. Если к первичной обмотке подвести от источника питания переменного тока напряжение U₁, то под действием этого напряжения в витках первичной обмотки W₁начнет протекать ток I₁, создающий магнитодвижущую силу I₁W₁,которая в свою очередь создаст переменный основной магнитный поток Ф. Этот поток, замыкаясь по стальному магнитопроводу, сцепливается с первичной и с вторичной обмотками (или вторичными обмотками) и наводит в первичной обмотке э.д.с. самоиндукции:

e₁=-W_{1 ,} (6.1)

а во вторичной – э.д.с. взаимоиндукции:

e₂=-W_{2 .} (6.2)

При синусоидальном первичном напряжении магнитный поток также будет синусоидальным: Ф(t)=Ф_msin(ωt). Тогда (6.1) и (6.2) можно записать в виде

e₁=ωW₁Ф_mcos(ωt)=E_1msin(ωt- ), (6.3)

и

e₂ =ωW₂Ф_mcos(ωt)=E_2msin(ωt- ), (6.4)

где E_1m и Е_2m – амплитудные значения э.д.с. первичной и вторичной обмоток.

Соответственно действующие значения первичной и вторичной э.д.с.

E₁= = = =4,44f W₁Ф_m,; (6.5)

E₂= = = =4,44f W₂Ф_m, (6.6)

где f – частота приложенного к первичной обмотки трансформатора напряжения. Для силовых трансформаторов это напряжение является напряжением сети.

Отношение э.д.с. первичной обмотки к э.д.с., наводимой во вторичной обмотке, называется коэффициентом трансформации:

N= = . (6.7)

Основными характеристиками трансформатора являются мощность, напряжение, токи и др., которые в виде номинальных параметров (S_H, U_1H, U_2H,I_1H, I_2Ни т.д.) указываются в паспортах трансформаторов.

Другие параметры (например, к.п.д., ток и напряжения короткого замыкания)определяются опытным путём в результате проведения опытов холостого хода и короткого замыкания.

К.п.д. трансформатора определяется отношением мощности, снимаемой в нагрузку, к мощности, поступающей на первичную обмотку трансформатора:

η=P₂/P₁ (6.8)

К.п.д. мощных трансформаторов может превышать 0,99. По этой причине прямое определение его затруднительно (по причине ошибок измерения). Поэтому чаще применяют косвенное измерение КПД, определенное по результатам опытов короткого замыкания и холостого хода:

η=1– , (6.9)

где Р₀и Р_к – мощности потерь при опытах холостого хода и короткого замыкания;

β – коэффициент нагрузки трансформатора, определяемый отношением тока вторичной обмотки в рабочем режиме к ее номинальному току;

cosφ₂– коэффициент мощности приемника.

Так как при холостом ходе трансформатора ток в первичной обмотке мал, то соответственно малы и потери мощности в этой обмотке. При этом вся мощность, потребляемая трансформатором, расходуется на компенсацию потерь на перемагничивание материала магнитопровода и создание в нем вихревых токов (которые принято называть потерями в стали), т.е. Р₀ =Р_СТ.

При опыте короткого замыкания ток в обмотках равен номинальному, а напряжение, приложенное к первичной обмотке, мало. Поэтому пропорционально связанный с этим напряжением магнитный поток незначителен и потери в сердечнике трансформатора будут невелики. Следовательно, потребляемая трансформатором активная энергия расходуется на компенсацию потерь в его обмотках (их принято называть потерями в меди) Р_К=Р_М.

Наряду с опытами холостого хода и короткого замыкания, важными также являются опыты нагрузки трансформатора, по результатам которых проверяются его номинальные параметры и снимается внешняя характеристика, определяющая зависимость вторичного напряжения U₂ от тока I₂ при постоянном коэффициенте мощности соsφ₂ приёмника и номинальном первичном напряжении U₁=U_1H.

Дата добавления: 2014-10-14; просмотров: 192; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!