Лекции.Орг


Поиск:




Материалы для подготовки к работе. Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, в котором переменный ток одного напряжения преобразуется в переменный ток той же частоты




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 Фт – амплитудное значение магнитного потока;

W 1 и W 2 – число витков первичной 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 количества витков первичной и вторичной обмоток W 1 и W 2.

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

 

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 nT, магнитного потока Фт, 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 2xx – вторичное напряжение трансформатора на холостом ходу.

U – вторичное напряжение при номинальной нагрузке трансформатора.

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

 

Разность между вторичным напряжением при холостом ходе (U2xx) и вторичным напряжением при нагрузке (U ) 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.

 

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с приборами и установкой, записать технические данные однофазного трансформатора разборного типа ТР-1 и приборов (табл. 7.1).

 

Таблица 7.1

Техническая характеристика приборов и аппаратов

Наименование прибора Система прибора Класс точности Пределы измерений Цена деления
         

 

2. Изучить правила и порядок выполнения работы.

3. Собрать схему для испытания трансформатора (рис. 7.3) и дать ее проверить преподавателю.

4. Выполнить опыт холостого хода при номинальном значении приложенного напряжения U 1H = 220 В. Номинальное напряжение установить лабораторным трансформатором типа ЛАТР-2М, включенным в первичную обмотку испытываемого трансформатора. Измерить U 1H, I 0, P 0, U 20, данные записать в табл. 7.1.

5. Выполнить опыт короткого замыкания. На первичную обмотку подать с помощью автотрансформатора пониженное напряжение (4-11% от U ) от 0 до такого значения U k, при котором токи в обмотках трансформатора достигнут номинального значения I 1H, I 2H (см. расчетные формулы). Измерить: U k, I 1k = I 1H, I 2H = I 2k, P k – данные измерений записать в табл. 7.3.

6. Выполнить опыт работы трансформатора при активной нагрузке. Провести 5 измерений, увеличивая ток во вторичной обмотке трансформатора с помощью реостата от I 2 = 1 A до I 2 = 3 A (через 0,5 А). При опыте приложенное первичное напряжение поддерживать постоянным и равным U 1H = 220 B. Измерить U 1H, U 2, I 1, I 2, P 2. Данные измерений записать в табл. 7.4.

7. Показать преподавателю результаты опытов.

8. Разобрать схему, привести в порядок рабочее место.

 

Рис. 7.3 Схема подключения трансформатора

 

9. По данным опытов определить:

а) коэффициент трансформации n;

б) потери в стали Р ст;

в) параметры короткого замыкания Z k, R k, X k;

г) активную и реактивную составляющие напряжения U ka, U kp;

д) потери в меди Р м;

е) значения η, U 2;

10. Построить кривые КПД (рис. 7.4) η = f (β):

а) по экспериментальным данным табл. 7.4 (при cos φ = 1);

б) расчетным путем (при cos φ = 0.8).

11. Построить внешние характеристики (рис. 7.5) – U 2 = f (β):

а) по экспериментальным данным табл. 7.4 (при cos φ =1);

б) расчетным путем (при cos φ = 0.8).

 

Рис. 7.4. Зависимость КПД трансформатора от коэффициента нагрузки:
1 – cos φ = 1; 2 – cos φ = 0.8

 

Рис. 7.5. Зависимость напряжения на вторичной обмотке трансформатора от коэффициента нагрузки: 1 – cos φ = 1; 2 – cos φ = 0.8

 

12. Составить отчет о работе.

Отчет должен содержать следующие основные разделы:

- принципиальную схему опытной установки;

- технические характеристики приборов и аппаратов;

- краткое описание порядка и характера проведенных исследо­ваний;

- таблицы измерений;

- расчетные формулы и таблицы расчетных данных;

- графики;

- выводы.

 

Таблица 7.2

Опыт холостого хода

U 1H, B U 20, B I 0, A P 0, Вт
       

 

Таблица 7.3

Опыт короткого замыкания

U k, B I 1k, A I 2k, А Р к, Вт
       

 

 

Таблица 7.4

Опыт работы трансформатора под нагрузкой

№ опыта U 1H, B U 2, B I 1, A I 2, A P 1, Вт
           
           
           
           
           

 





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2016-12-05; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 679 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Начинайте делать все, что вы можете сделать – и даже то, о чем можете хотя бы мечтать. В смелости гений, сила и магия. © Иоганн Вольфганг Гете
==> читать все изречения...

628 - | 592 -


© 2015-2024 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.012 с.