И составление отчета по работе. Трансформатором называется статический (без движущихся частей) электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток

Трансформатором называется статический (без движущихся частей) электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте. Обмотка трансформатора, соединенная с источником электроэнергии, называется первичной. Обмотка, отдающая электроэнергию потребителям, называется вторичной.

Холостым ходом трансформатора называется такой режим, при котором напряжение на первичной обмотке равно номинальному , вторичная обмотка разомкнута, и ток в ней равен нулю.

Мощность Р_1хх называется мощностью холостого хода. Эта мощность почти целиком расходуется на потери в стали сердечника, состоящие из потерь на гистерезис при циклическом перемагничивании стали и потерь на вихревые токи. Потерями в проводнике первичной обмотки из-за малого по величине тока холостого хода I_1xx обычно пренебрегают.

Коэффициентом трансформации К называется отношение э.д.с. первичной обмотки Е₁ к э.д.с. вторичной обмотки Е₂. Действующие значения этих э.д.с определяются выражениями:

Е₁ = 4,44 f ·W₁· Ф_m , (5.1)

Е₂ = 4,44 f ·W₂ ·Ф_m , (5.2)

где f – частота, Гц; W₁ и W₂ – числа витков первичной и вторичной обмоток трансформатора; Ф_m – амплитудное значение магнитного потока, Вб. В соответствии с выражениями (5.1) и (5.2) можно записать:

(5.3)

При холостом ходе можно пренебречь падением напряжения в первичной обмотке и считать, что:

U_1xx =E₁ . (5.4)

Из-за отсутствия тока во вторичной обмотке

U_2xx = E₂ . (5.5)

Учитывая, что исследуемый трансформатор является понижающим, коэффициент трансформации К в данной работе рассчитывается по формуле:

(5.6)

Рассчитанное по формуле (5.6) значение коэффициента трансформации К записать в табл. 5.1.

Коротким замыканием трансформатора называется такой режим, при котором вторичная обмотка замкнута накоротко. Следует различать короткое замыкание в эксплуатационных условиях и опыт короткого замыкания. Эксплуатационное короткое замыкание является аварийным режимом, так как приводит к значительному увеличению токов в первичной и вторичной обмотках и может вызвать разрушение трансформатора.

Опытом короткого замыкания называется искусственный режим трансформатора, когда вторичная обмотка замкнута накоротко, а на зажимы первичной подается относительно малое напряжение, при котором по первичной обмотке протекает номинальный ток.

Мощность Р_1кз тратится в основном на нагрев обмоток трансформатора и характеризует так называемые потери в меди обмоток.

Напряжение короткого замыкания является важным параметром трансформатора. По ГОСТу напряжение короткого замыкания указывается в паспортных данных трансформатора, на основании этого напряжения можно оценить внешнюю характеристику трансформатора.

Значение cosφ_1кз и напряжения короткого замыкания в процентах от номинального, рассчитанные по формулам (5.7) и (5.8), записать в табл. 5.2.

(5.7)

(5.8)

Нагрузочным режимом называется такой, при котором на первичной обмотке поддерживается номинальное напряжение, а нагрузка на вторичной обмотке может быть в пределах от нуля до номинальной.

При активном характере нагрузки r_н:

Р₂=U_2· I₂ , (5.9)

(5.10)

Коэффициент загрузки трансформатора рассчитывается по формуле:

(5.11)

где I_2ном – номинальный ток вторичной обмотки трансформатора (4,5 А).

Рассчитанные значения мощности Р₂, к.п.д. η, коэффициента загрузки β и cos φ ₁ записать в табл. 5.3.

Одной из важнейших зависимостей, определяющих работу трансформатора под нагрузкой, является внешняя характеристика. Внешней характеристикой трансформатора называется зависимость напряжения на вторичной обмотке от тока вторичной обмотки (тока нагрузки) при номинальном напряжении на первичной обмотке и неизменном cosφ₂ цепи вторичной обмотки.

На основании второго закона Кирхгофа для цепи вторичной обмотки можно записать:

(5.12)

где r₂, x₂ – соответственно активное и индуктивное сопротивления вторичной обмотки.

Выражение (5.12) показывает, что при неизменной э.д.с. вторичной обмотки при увеличении тока нагрузки возрастают падения напряжения на активном и индуктивном сопротивлениях вторичной обмотки, а напряжение на зажимах вторичной обмотки при активно-индуктивной нагрузке уменьшается. Иногда внешнюю характеристику трансформатора строят в относительных величинах:

Нагрузочный режим трансформатора характеризируется также зависимостями к.п.д. и cosφ₁ от тока нагрузки.

В отчете привести:

- принципиальную схему установки для исследования однофазного трансформатора с необходимыми пояснениями;

- паспортные данные приборов и электрооборудования;

- таблицы и расчетные формулы;

- графики зависимостей: U₂=f₁(I₂), η= f₂(β), cosφ₁ =f₃(β).

Вопросы для самоконтроля

1. Почему можно пренебречь потерями в меди при опыте холостого хода?

2. Почему можно пренебречь потерями в стали при опыте короткого замыкания?

3. Какая разница между эксплуатационным коротким замыканием и опытом короткого замыкания?

4. Почему в нагруженном трансформаторе вторичное напряжение отличается от вторичной э.д.с.?

5. Что такое внешняя характеристика трансформатора?

6. Что такое коэффициент загрузки трансформатора?

Приложение 1