Кривоносенко Геннадий Владимирович
Должность:преподаватель общепрофессиональных дисциплин
Группа:Посетители
Страна:Россия
Регион:Воронежская область г. Семилуки
31.10.2014
0
745
0

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ №6 ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА.

 

ЛабораторнОЕ ЗАНЯТИЕ 6

 

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА.

Цель занятия: 1. Ознакомиться с принципом работы однофазного трансформатора.

2. Определить коэффициент трансформации и КПД трансформатора в различных режимах.

3. Построить внешнюю характеристику трансформатора и график зависимости его КПД от коэффициента нагрузки.

Перечень приборов.

1. Источник электроэнергии переменною тока   - 30 В (на измерительном блоке)

2. Реостат 200 Ом -1 шт (на измерительном  блоке)

3  Мультиметры – 3 шт (на измерительном блоке).

4.      Ваттметр   - 1 шт.

5.      Магазин сопротивлений   -1 шт.

6.      Исследуемый трансформатор (U1ном= 42 В; I2ном= 2А ).


 

Рекомендуемая литература. 1) курс лекций; 2) (1) стр. 182 – 199; 3) (2) стр. 153 – 175.

 

Контрольные вопросы.

1. Объяснить устройство трансформатора.

2. От чего зависит ЭДС обмоток трансформатора?

3. Что называется коэффициентом трансформации трансформатора?

4. Какие потери энергии имеются в трансформаторе?

5. Как определить КПД трансформатора?

     

Краткие теоретические сведения.

Трансформатор относится к электрическим машинам статического действия (нет подвижных частей). Он представляет собой электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения (например, 220 В) в переменный ток той же частоты другого напряжения (например, 36 В).Трансформатор (рис1,а) состоит из замкнутого магнитопровода 1набора тонких штампованных электрически изолированных друг от друга пластин из электротехнической стали, и двух или более катушек с обмотками 2, располагаемых на магнитопроводе. Одна из обмоток подключается к источнику питания и называется первичной. Все остальные обмотки, называемые вторичными, подключаются к различным нагрузкам (рис.1, 6).

В основу работы трансформатора положен принцип взаимоиндукции. Если к первичной обмотке подводится синусоидальное напряжение u=Umsinωt, то в ней течет электрический ток i, который создает намагничивающую силу iw, а последняя — переменный магнитный поток Ф=Фmaxsinωt.Магнитный поток замыкается по магнитопроводу и пронизывает все обмотки, расположенные на нем. В результате в каждой обмотке индуктируется ЭДС.

ЭДС вторичной обмотки является источником напряжения для нагрузки, подключенной к этой обмотке. Таким образом, напряжение первичной обмотки передается на вторичную обмотку.

Все ЭДС е, как и поток Ф, изменяются по синусоидальному закону. Величина ЭДС определяется числом витков обмотки wи скоростью изменения магнитного потока:

 - wmaxsinωt)'= -wωФmax  cosωt= -wωФmaxsin(ωt + π / 2)=

=Emax sin (ωt – π /2)

Вектор ЭДС отстает от вектора магнитного потока на 90°, а амплитудное значение ЭДС

Еmax=wωФmax определяется амплитудным значением магнитного потока Фтах, круговой частотой питающего напряжения ω=2πf и числом витков обмотки w.

Действующее значение ЭДС

                                 .                                           (1)                                                   

Поскольку приложенное к первичной обмотке напряжение и1 практически полностью уравновешивается индуктируемой в этой обмотке ЭДС е1, можно считать, что действующее значение дан­ного напряжения

                                                         U1= 4,44 fw1Фтах.                                                                                 (2)                                                      

Напряжение на вторичной обмотке и2 является следствием ин­дуктируемой в ней ЭДС е2 поэтому по аналогии с выражением (2) можно записать выражение для действующего значения это­го напряжения в виде

                                                         U2= 4,44 fw2Фтах.                                                                           (3)                                           

Анализ выражений (2) и (3) позволяет сделать следующие выводы.

Во-первых, максимальное значение магнитного потока Фтах определяется действующим значением приложенного напряжения U1и не зависит от режима работы трансформатора, т.е. при неизменном приложенном напряжении магнитный поток остается неизменным на всех режимах работы — от холостого хода до номинальной нагрузки.

Во-вторых, отношение действующих значений напряжений на первичной и вторичной обмотках определяется отношением числа витков обмоток, т.е. является постоянным. Это отношение получило название коэффициента трансформации

                                              к=U1 /U2=wl/w2.                                                                                  (4)

Если первичное напряжение трансформатора выше вторично­го, т.е. к>1, то такой трансформатор называется понижающим. Если же вторичное напряжение выше первичного (к<1), то такой трансформатор называется повышающим.

Трансформатор относится к устройствам с высоким коэффициентом полезного действия, значение которого лежит в диапазоне от 0,85 у трансформаторов малой мощности до 0,99 у мощных трансформаторов. Чтобы понять причины снижения КПД, обратимся к энергетической диаграмме (рис.1, в).

Основными потерями в трансформаторе являются электрические (Pэл1 + Рэл2) на нагревание обмоток и магнитные (Рм) потери на перемагничивание сердечника. Отсюда КПД трансформатора

Основными характеристиками трансформатора являются:

-характеристика холостого хода;

-характеристика короткого замыкания;

-внешняя характеристика.

В опыте холостого хода к первичной обмотке подводится номинальное напряжение, а вторичные обмотки трансформатора разомкнуты.

Именно опыт холостого хода позволяет определить коэффициент трансформации к = U1 /U2, вычислить магнитный потока Фтах = U1 / 4,44fw1 и магнитную индукцию Bmax = Фтах/Sв сердечнике с площадью сечения S. Кроме того, если на сердечнике трансформатора разместить известное число витков дополнительной обмотки wдоп, то несложно вычислить число витков всех остальных обмоток:

                                                        w1=wдопU1/Uдоп;    w2=wдопU2/Uдоп,                             (5)                  

 где U1иU2- напряжения на первичной и вторичной обмотках, а Uдоп- напряжение на дополнительной обмотке.

Если измерить с помощью ваттметра потери в электрической цепи на холостом ходу, то они будут соответствовать магнитным потерям Рм. Это объясняется тем, что ток холостого хода мал и не нагревает обмотку, а вот магнитный поток номинальный.

Опыт короткого замыкания проводится при пониженном напряжении на первичной обмотке и закороченной вторичной. При этом подводимое напряжение должно быть таким, чтобы токи в обмотках были номинальными. Поскольку токи номинальные, то номинальные электрические потери Рэл1 + Рэл2, а магнитные потери малы, так как магнитный поток при пониженном напряжении на первичной обмотке мал. Следовательно, ваттметр, включенный в первичную обмотку, покажет величину электрических потерь.

Таким образом, опыты холостого хода и короткого замыкания позволяют вычислить коэффициент трансформации, число витков обмоток, значения магнитного потока и магнитной индукции, а также коэффициент полезного действия трансформатора.

Внешняя характеристика U2 =f (I2) отражает зависимость напряжения на вторичной обмотке U2от тока нагрузки I2 при неизменном номинальном напряжении на первичной обмотке U1 = const. По внешней характеристике может быть определено изменение напряжения.

Комментарии пользователей /0/
Комментариев нет...
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
Наши услуги



Мы в соц. сетях

    Персональные сообщения