13266

Ознакомление с устройством и принципом работы трансформатора

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа № 7 Исследование однофазного трансформатора. Цель: Ознакомление с устройством и принципом работы трансформатора. Получение основных характеристик трансформатора. Приборы: 1. Амперметр 2. Вольтметр ...

Русский

2013-05-11

1.49 MB

47 чел.

Лабораторная работа № 7

Исследование однофазного трансформатора.

Цель: Ознакомление с устройством и принципом работы трансформатора. Получение основных характеристик трансформатора.

Приборы:

              1. Амперметр

              2. Вольтметр

              3. Ваттметр

              4. Электронный вольтметр

              5. Авометр

              6. Универсальный стенд.

7.1. Теоретическое введение.

7.1.1. Устройство, принцип действия и назначения трансформаторов.

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, в котором переменный ток одного напряжения преобразуется в переменный ток той же частоты, но другого напряжения.

Потребность трансформирования (повышения и понижения переменного напряжения) вызвана необходимостью передачи электрической энергии на большие расстояния. Как известно, чем выше напряжение, тем меньше ток при равной мощности источника энергии, Следовательно, для передачи энергии - потребуются провода меньшего сечения, что приведет к значительной экономии цветных металлов, являющихся материалом для проводов. Кроме того, потери электрической энергии в проводах также уменьшаются со снижением тока. В настоящее время при передаче электрической энергии от электростанций к потребителям происходит многократное повышение и понижение напряжения.

По применению трансформаторы можно разделить на следующие виды.

1. Силовые трансформаторы, номинальная мощность которых изменяется от нескольких единиц до 1 млн кВ∙А и напряжение до 1250 кВ. Используются в сетях для распределения электроэнергии. К силовым относятся и трансформаторы малой мощности от 10 до 300 В∙А, применяемые в устройствах промышленной электроники и автоматики.

2. Автотрансформаторы, имеющие, как правило, плавную регулировку выходного напряжения и используемые для изменения (регулирования) напряжения.

3. Измерительные трансформаторы, применяемые в качестве элементов измерительных устройств.

4. Трансформаторы специального назначения, используемые в конкретных электротехнических устройствах для определенных целей. Примерами могут служить сварочные трансформаторы для различных видов сварки, импульсные трансформаторы для преобразования высокочастотных импульсных периодически повторяющихся сигналов в радиолокационной технике и телевидении.

Конструктивное исполнение и электромагнитные процессы, происходящие в трансформаторах различных типов, имеют много общего.

Двухобмоточный трансформатор (рис.7.2). Трансформатор состоит из стального сердечника, набранного из листов электрической стали толщиной 0,35 ...0,5 мм для уменьшения потерь от вихревых токов. Листы сердечника покрываются лаком для изоляции друг от друга. Трансформатор имеет не менее двух обмоток, связанных между собой посредством общего магнитного потока. Обмотки электрически изолированы друг от друга; исключением в этом отношении являются автотрансформаторы, у которых обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения.

Для усиления индуктивной связи и снижения вихревых токов в большинстве трансформаторов обмотки размещаются на магнитопроводе, собранном из листовой электротехнической стали (рис.7.1.).

Рис. 7.1. Обмотка трансформатора размещается в магнитопроводе.

Магнитопровод отсутствует лишь в воздушных трансформаторах, которые применяются при частотах примерно свыше 20 кГц, когда матнитопровод все равно практически не намагничивается из-за значительного увеличения вихревых токов.

Обмотка трансформатора, соединенная с источником электроэнергии называется первичной (рис.7.2.(а)). Соответственно , первичными именуются все величины, относящиеся к этой обмотке, -  число витков , напряжение u1, сила тока  и т.д. Обмотка, отдающая электроэнергию, и относящиеся к ней величины называются вторичными —, u2, ..  Варианты условных графических обозначений трансформатора приведены на рис.7.2(б).

Рис.7.2. Однофазный двухобмоточный трансформатор:

а — электромагнитная схема; б — условные графические обозначения

  Под действием подведенного переменного напряжения и1 в первичной обмотке возникает ток  и возбуждается изменяющийся магнитный поток. Этот магнитный поток индуцирует в первичной обмотке трансформатора ЭДС самоиндукции , а во вторичной обмотке — ЭДС взаимоиндукции . Напряжение  на выходных зажимах трансформатора создает ЭДС  . При замыкании вторичной цепи на нагрузку возникает ток , который образует собственный магнитный поток, накладывающийся на поток первичной обмотки. В результате создается общий поток . Стрелки направления напряжения , и тока  представляют первичную обмотку как приемник энергии. Положительное направление потока  связано с током  правилом правоходового винта. Стрелки направления  и  соответствуют представлению вторичной обмотки источником энергии. Силовые линии магнитного поля замыкаются как по сердечнику, так и по воздуху вокруг витков обмоток, создавая магнитные потоки рассеяния  и  которые, в свою очередь, наводят в первичной и вторичной обмотках ЭДС рассеяния   и

Различают однофазные  (для цепей однофазного тока) и трехфазные (для трехфазных цепей) трансформаторы. У трехфазного трансформатора первичной или вторичной обмоткой принято называть соответственно совокупности трех фазных обмоток одного напряжения. На рис.7.3.  показаны  основные  условные  графические  обозначения  однофазного (1, 2, 3) и трехфазного  (4, 5, 6)  трансформаторов.

Рис.7.3. Графические обозначения однофазного трансформатора.

На щитке трансформатора указываются номинальные напряжения –высшее и низшее, в соответствия с чем следует различать обмотку высшего напряжения (ВН) и обмотку низшего напряжения (НН) трансформатора. Кроме того, на щитке должны быть указаны его номинальная полная  мощность (В∙А или кВ∙А), токи (А) при номинальной полной мощности, частота, число фаз, схема соединения, режим работы (длительный или кратковременный) и способ охлаждения

В зависимости от способа охлаждения трансформаторы делят  на сухие и масляные. В последнем случае выемная часть трансформатора погружается в стальной бак, заполненный маслом.

Если первичное напряжение U1 трансформатора меньше вторичного U2, то он работает в режиме повышающего трансформатора: в противном случае ()  в режиме понижающего  трансформатора.

Впервые для технических целей трансформатор был применен П.Н. Яблочковым в 1876 г. для питания электрических свечей. Но особенно широко трансформаторы стали применяться после того, как М.О. Доливо-Добровольским била предложена трехфазная система передачи электроэнергии и разработана конструкция первого трехфазного трансформатора (1891 г.).

На рис.7.4 показана энергетическая диаграмма трансформатора. Здесь  - мощность в первичной обмотке; - мощность потерь на нагревание проводов первичной обмотки;   - мощность потерь в магнитопроводе ( в стали ) на гистерезис и вихревые токи; разность - мощность во вторичной обмотке; часть мощности  составляет мощность потерь на нагревание проводов , а оставшаяся часть  равна мощности цепи, которая питается от трансформатора: .  При номинальном режиме работы разность  - мощность потерь в трансформаторе составляет в средне только 1-2% номинальной мощности в первичной обмотке; на диаграмме (рис.7.4) относительная доля мощности потерь для наглядности сильно преувеличена.

Рис.7.4 Энергетическая диаграмма трансформатора

7.1.2. Принцип действия однофазного трансформатора.

На рис. 7.5(а) приведена принципиальная конструкция однофазного трансформатора. Со стороны вторичной обмотки, содержащей  витков, т.е. для приемника с сопротивлением нагрузки , трансформатор является источником электроэнергии, а со стороны первичной обмотки, содержащей   витков, - потребителем энергии.

Рассмотрим принцип действия трансформатора. Предположим сначала, что цепь вторичной обмотки трансформатора разомкнута и при действии источника напряжения  ток в первичной обмотке равен . Магнитодвижущая сила (МДС)   возбуждает в магнитопроводе магнитный поток, положительное направление которого определяется правилом буравчика. Этот магнитный поток индуктирует в первичной обмотке ЭДС самоиндукции  и во вторичной обмотке ЭДС взаимной индукции . После замыкания цепи вторичной обмотки под действием ЭДС взаимной индукции  в приемнике с сопротивлением нагрузки возникает ток   .

Рис. 7.5. Принципиальная конструкция однофазного трансформатора

Для указанных на рис. 7.5 направлений навивки первичной и вторичной обмоток и выбранных положительных направлениях токов  и  МДС  возбуждает в магнитопроводе поток , направленный навстречу магнитному потоку от действия МДС . Следовательно , первичная и вторичная обмотки рассматриваемого трансформатора включены встречно. Поэтому суммарная ЭДС первичной и вторичной обмоток равна  . Эта МДС возбуждает в магнитопроводе общий магнитный поток  . Кроме того, при анализе работы трансформатора нужно учесть потокосцепления рассеяния первичной  и вторичной  обмоток, которые пропорциональны соответственно токам   и .

На рис.7.5(б) показана схема замещения трансформатора с активными сопротивлениями первичной  и вторичной  обмоток и их индуктивностями рассеяния  и  Трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого не имеют  активных сопротивлений и потокосцеплений рассеяния, называется идеализированы трансформатором. Так как ЭДС в первичной   и вторичной    обмотках трансформатора индуктируются одним и тем же магнитным потоком  в магнитопроводе, то положительные направления этих ЭДС относительно одноименных выводов обеих обмоток.

  1.  Уравнения идеализированного однофазного трансформатора.

Рассмотрим сначала идеализированный однофазный трансформатор с магнитопроводом, выполненным из ферромагнитного материала с линейной зависимостью индукции от напряженности магнитного поля.

Рис. 7.6 Схема включения идеализированного однофазного трансформатора

Если среднее значение индукции  в поперечном сечении магнитопровода идеализированного однофазного трансформатора линейно зависит от напряженности магнитного поля Н на средней линии  магнитопровода, т.е. , то электрическая цепь такого трансформатора линейная. Следовательно, для ее анализа можно пользоваться комплексным методом.

На рис.7.6 приведена схема включения идеализированного однофазного трансформатора между источником ЭДС Е и приемником с комплексным сопротивлением нагрузки  .

Запишем  значения ЭДС   и   индуктированных в первичной и вторичной обмотках идеализированного трансформатора магнитным потоком  в магнитопроводе. По закону электромагнитной индукции в комплексной форме       

                                       (7.1. а)

                                      (7.1.б)

Где  и  – комплексные значения индукции и напряженности магнитного поля.

При комплексных токах в первичной и вторичной обмотках идеализированного трансформатора    и  напряженность магнитного поля на средней линии магнитопровода.

                                                                                    (7.2)

По определению ЭДС источника , а ЭДС в обмотках идеализированного трансформатора  и  (рис. 6). Поэтому с учетом (7.1) и (7.2)

;                                                 (7.3(а))

.                                                                                 (7.3(б))

В частности, в режиме холостого трансформатора (цепь вторичной обмотки разомкнута и ток  ).

                                                                          (7.3(в))

Где  – ток холостого хода или намагничивающий ток.

Так как ЭДС источника  является постоянной величиной, то по  (7.3(а)) и (7.3(в))

                                                                           (7.4.)

Поделив почленно (7.3.б) на (7.3.а), получим:

                                                                                                (7.5.)

- коэффициент трансформации идеализированного однофазного трансформатора, а подставив комплексное значение магнитного потока  в магнитопроводе из (7.3(б)) в (7.3(а)), получим:

                                                                                                  (7.6.)

Преобразуем выражение (7.6.), умножив и разделив его правую часть на w1/w2:                                                                                                              (7.7.)

                                                                                                        (7.8.)         

- комплексное сопротивление вторичной цепи; приведенное к первичной, или приведенное сопротивление:

                                                                                             (7.9.)

- комплексный ток  вторичной цепи, приведенной к первичной цепи, или приведенный ток.

Пользуясь понятиями приведенных тока и сопротивления, представим уравнения (7.4.) и (7.3.) в следующей форме:

 ;                                                                                     (7.10(а))

                                     (7.10(б))

                                                                      (7.10(в))

Где  - индуктивность первичной обмотки идеализированного однофазного трансформатора; U - комплексное напряжение вторичной цепи идеализированного однофазного трансформатора, приведенное к первичной цепи, или приведенное напряжение.

Уравнениям (7.10) соответствует схема замещения цепи изображенная на  рис.7.7, на котором схема замещения идеализированного трансформатора обведена штриховой линией.

Если относительная проницаемость материала магнитопровода µr = ∞, то индуктивное сопротивление XL1 становится бесконечно большим, а ток намагничивания  Идеализированный трансформатор с таким магнитопроводом называется идеальным.

Рис. 7.7 Схема замещения цепи идеализированного трансформатора.

При разомкнутой вторичной цепи идеализированный однофазный трансформатор превращается в идеализированную катушку с магнитопроводом.

На рис.7.8 приведена векторная диаграмма идеализированного однофазно нагруженного трансформатора. Начальная фаза, равная нулю, выбрана у вектора магнитного потока  в магнитопроводе. Вектор тока намагничивания I1x опережает вектор магнитного потока  на угол потерь (угол сдвига фаз между напряженностью поля  и индукцией  в магнитопроводе). Векторы  ЭДС   и ,  индуктируемых  в  первичной  и вторичной обмотках идеализированного трансформатора ,  отстают по фазе от вектора магнитного потока на угол π/2. Длины векторов напряжений между выводами первичной обмотки  и вторичной обмотки соответственно длинам векторов ЭДС  и  но как следует из (7.3), векторы напряжений опережают по фазе вектор  на угол π/2.

  

Рис.7.8. Векторная диаграмма идеализированного однофазного трансформатора.

При заданном комплексном сопротивлении нагрузки идеализированного трансформатора  закону Ома определяется ток во вторичной обмотке   (на диаграмме построен ток  при φ2>0, т.е. индуктивном характере нагрузки) и ток в первичной обмотке

7.1.4. Опыт холостого хода. При опыте холостого хода к первичной обмотке транзистора подводится напряжение, равное номинальному его значению . Вторичная обмотка транзистора при этом разомкнута, т.к. в цепи ее отсутствует нагрузка. В  результате этого ток во вторичной обмотке оказывается равным нулю () в то время как в цепи первичной обмотки трансформатора будет холостого  хода   значение которого  обычно невелико и составляет порядка 4-10% от номинально значения тока в первичной обмотке . С увеличением номинальной мощности трансформатора относительное значение тока холостого хода сжигается.

В данном опыте определяют:

1. Коэффициент трансформации n. По показаниям вольтметров, пренебрегая падением напряжения в первичной обмотке , контролируют номинальное напряжение первичной обмотки и замеряют соответствующее напряжение вторичной обмотки.  Коэффициент трансформации определяют по формуле

,

где , – номинальные значения напряжений обмоток, соответствующие номинальному (расчетному) режиму работы трансформатора; U – напряжение первичной обмотки.

2. Ток холостого хода , измеренный  амперметром, обычно выражают в процентах от номинального тока первичной обмотки:

3. Потери в стали сердечника от гистерезиса.

Мощность обмотки  потребляемая трансформатором из сетей и измеряемая ваттметром, расходуется на покрытие потерь в первичной обмотке трансформатора

Так как активное сопротивление первичной обмотки , так же как и ток холостого хода.  трансформатора, обычно незначительно, электрические потери в этой обмотке оказываются небольшими и ими можно пренебречь. В результате этого можно принять, что мощность потребляемая трансформатором в опыте холостого хода и измеряемая ваттметром, расходуется на потери в магнитопроводу, обусловленные гистерезисом и вихревыми токами:  .

Гистерезис означает запаздывание.

Поэтому, измерив , тем самым, измерили мощность потерь в стали ().

4. Параметры намагничивающего контура схемы замещения (рис. 9(б)) , :

; - полное сопротивление

Тогда        реактивное сопротивление

                - реактивное сопротивление

  1.  Коэффициент мощности холостого хода:

 

5.    Угол магнитных потерь:

 

Рис. 7.9. Схема включения трансформатора при опыте холостого хода: а - схема включения измерительных приборов: б - схема замещения

7.1.5.. Опыт короткого замыкания.

Опыт производится  при понижении первичного напряжения трансформатора до величины U, при которой токи в обмотках равны номинальным  (рис. 7.10.(а)).

При опыте короткого замыкания (так как он производится при пониженном напряжении) потери в стали на гистерезис незначительны и ими пренебрегаем. Считаем, что вся мощность, потребляемая из сети, расходуется в сопротивлениях первичной и вторичной обмоток  и .

В этом опыте определяют:

1. Потери в обмотках  при номинальных токах (ваттметром).

Вся мощность , потребляемая трансформатором идет на нагрев обмоток трансформатора, т.е. равна электрическим потерям  в проводах обмоток при номинальной нагрузки

(Вт).

Так как в опыте короткого замыкания напряжение, подводимое к первичной обмотке, мало и равно , то магнитный поток трансформатора , а следовательно, и магнитная индукция Вm трансформатора будут также малы. Это означает, что магнитные потери мощности в магнитопроводе , которые, как известно, пропорциональны квадрату магнитной индукции , ри опыте короткого замыкания ничтожно малы и ими можно пренебречь, т.е. , значит , то равна электрическим потерям мощности в обмотках.

2. Параметры схемы замещения (рис.7.10(б)).

 -         Полное сопротивление        

  -   активное сопротивление           

  - реактивное сопротивление

так как n = 1, то ;

3. Реальные сопротивления вторичной обмотки:

 ;        

4. Активное и реактивное падение напряжения в обмотках, %

;

5. Полное падение напряжения короткого замыкания, %:

 

Рис.7.10. Схема включения трансформатора при опыте короткого замыкания: а- схема включения измерительных приборов; б - схема замещения

7.1.6. Потери энергии и коэффициент полезного действия трансформатора.

Коэффициент полезного действия трансформатора определяется отношением активной мощности вторичной обмотки к активной мощности первичной обмотки:

где – электрические потери;  – потери в стали.

Введем коэффициент номинальной нагрузки

Тогда

;

Окончательное выражение для КПД примет следующий вид:

,                                                                           (7.10)

где   

Таким образом, КПД – это функция от нагрузки трансформатора  η = f(β) (рис.7. 11).

Чтобы определить, при каком значении β КПД максимален, надо взять производную от выражения (7.10) и приравнять  ее к нулю:

У реального трансформатора    имеет максимум при коэффициенте нагрузки, равном примерно 0,5, и может достигать 99%.

Или  ,

 - коэффициент мощности потребителя электроэнергии

Из формулы для КПД видно, что при малых значениях нагрузки, когда электрическими потерями мощности  в обмотках трансформатора вследствие небольшого значения тока нагрузки можно пренебречь и когда потери мощности в магнитопроводе  оказываются соизмеренными с полезной мощностью , значение КПД трансформатора оказывается небольшим. С увеличением тока нагрузки КПД трансформатора растет. Потери мощности в магнитопроводе транзистора не зависят от нагрузки, в то время как с увеличением нагрузки электрические потери мощности в обмотках транзистора растут пропорционально квадрату тока.

С учетом этого анализа приведенной формулы показывает, что КПД транзистора имеет наибольшее значение при равенстве электрических потерь мощности в обмотках и потерь мощности в магнитопроводе транзистора .

При дальнейшем возрастании нагрузки транзистора потерями в проводе можно пренебречь вследствие их относительно небольшого значения по сравнению с довольно большими электрическими потерями мощности в обмотках транзистора. Анализ показывает, что при этих   условиях КПД транзистора с увеличением тока нагрузки сверх номинального, хотя и незначительно, будет снижаться (рис.7.11*):

Рис. 7.11*  Понижение КПД транзистора с увеличением тока нагрузки.

Рис. 7.11. Зависимость КПД трансформатора от нагрузки

7.1.7  Внешняя характеристика трансформатора.

Зависимость вторичного напряжения  трансформатора от тока вторичной обмотки  при   и   называется внешней характеристикой (рис. 7.12).

Изменение вторичного напряжения Δ U определяется следующими выражениями, %

Рис. 7.12. Внешняя характеристика трансформатора

7.1.8  Трехфазные трансформаторы

Трансформирование электроэнергии трехфазного тока можно осуществить тремя однофазными трансформаторами или одним трехфазным трансформатором. На каждом из трех стержней трансформатора размещается по две обмотки, принадлежащие одной фазе, одна из которых является первичной, а другая — вторичной (рис.7.13). Начала первичных обмоток обозначаются большими буквами А, В, С, а их концы X, Y, Z; для вторичных обмоток их начала обозначаются малыми буквами а, в, с, концы — х, у, z.

Физические процессы, происходящие в каждой фазе трехфазного трансформатора, ничем не отличаются от аналогичных в однофазном трансформаторе; следовательно, векторная диаграмма однофазного трансформатора может рассматриваться как диаграмма одной фазы трехфазного трансформатора.

Обмотки трехфазных трансформаторов могут соединяться по схемам «звезда» или «треугольник», которые условно обозначаются символами А. или А. Если соединенная «звездой» обмотка имеет выведенную нейтральную точку, то к знаку «звезды» приписывается значок ноль. Схема соединений обмоток трансформатора обозначается в виде дроби, в числителе, которой указан способ соединения первичной обмотки, а в знаменателе — вторичной обмотки. Например: 0/Δ - первичная обмотка соединена «звездой» с выводом нейтрали, а вторичная обмотка соединена «треугольником» (рис. 14 а). Векторная диаграмма напряжений первичной и вторичной обмоток приведена на рис. 14.(б).

Чтобы условно обозначить угол сдвига фаз между одноименными векторами линейных напряжений первичных и вторичных обмоток, принято деление трансформаторов по группам соединения обмоток. Для обозначения группы соединения трехфазного трансформатора положение векторов линейных напряжений первичной и вторичной обмоток, принято деление трансформаторов по группам соединения обмоток. Для обозначения группы соединения трехфазного трансформатора положение векторов линейных напряжений первичной и вторичной обмоток сопоставляют с положением стрелок часов.

Рис. 7.13. Конструкция трехфазного трансформатора

Рис 7.14. трехфазный трансформатор:

а — схема соединения; б — векторная диаграмма

Вектор линейного напряжения первичной обмотки совмещают с минутной стрелкой, когда она стоит на цифре 12, а вектор линейного напряжения вторичной обмотки с часовой стрелкой, положение которой определяет номер группы (1, 2, 3, ... (12) 0).

Схемы соединений «звезда» и «треугольник» могут иметь 12 различных групп со сдвигом фаз линейных напряжений 0... 330° через каждые 30°. Большое разнообразие групп соединений не удобно для эксплуатации, поэтому число различных схем и групп соединений ограничено тремя:  (наиболее распространенное соединение);  Числа 0

и 11 указывают группу соединений трансформаторов, сдвиг фаз которых 0 и 330°.

Коэффициент трансформации трехфазного трансформатора при соединении вычисляется как отношение линейных напряжений, при соединении  - как отношение фазных напряжений.

7.1.9 Автотрансформаторы

Автотрансформаторы являются самостоятельными приборами класса трансформаторов. В отличие от силовых двухобмоточных трансформаторов они имеют одну обмотку для высокого и низкого напряжений. При этом обмотка низкого напряжения является частью обмотки высокого напряжения. Поэтому обмотки имеют не только магнитную связь, но и гальваническую; следовательно, энергия передается двумя путями: через гальваническую связь и магнитную. Однофазный понижающий трансформатор изображен на рис 7.15.

Рис. 7.15 Схема однофазного

понижающего трансформатора

Высокое напряжение U1 подведено к обмотке, имеющей w1 витков, из которых w2 витков являются обмоткой низкого напряжения. При разомкнутой вторичной обмотке устанавливается ток холостого хода, равный I1x. Магнитодвижущая сила I1xw1, создаваемая этим током, индуцирует ЭДС в

первичной и вторичной обмотках автотрансформатора по закону электромагнитной индукции . Тогда коэффициент трансформации

,

что равно коэффициенту трансформации обычного трансформатора. При включении нагрузки во вторичной цепи протекает ток ,  который создает МДС. Тогда магнитный поток в сердечнике

 или  .

Отсюда видно, что ток в общей части обмотки значительно меньше, так как автотрансформаторы имеют коэффициент трансформации 1< n < 3. Поэтому при изготовлении автотрансформаторов затрачивается меньше ферромагнитного металла и проводов. Автотрансформаторы применяют как силовые устройства при передаче электрической энергии, для пуска мощных электрических двигателей и регулирования напряжения. По условиям техники безопасности нельзя применять трансформаторы, у которых первичное напряжение относится к категории высоких напряжений, а вторичное — к категории низких. Потери энергии в автотрансформаторах меньше, чем в двухобмоточных трансформаторах; следовательно, автотрансформаторы обладают большим КПД.

7.1.10 Измерительные трансформаторы .

Измерительные трансформаторы применяются для измерений в сетях высокого напряжения, защиты персонала от опасных значений напряжений и токов и расширения пределов измерения стандартных приборов. Существует два типа измерительных трансформаторов: трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Трансформаторы напряжения служат для подключения вольтметров, электрических счетчиков энергии, различного рода реле и других приборов. Их изготавливают таким образом, что напряжение вторичной обмотки имеет номинальное напряжение 100 В при любом номинальном напряжении первичной обмотки. Показания вольтметра умножаются на коэффициент трансформации или прибор градуируется на измеряемое напряжение. Трансформаторы напряжения имеют классы точности 0,5; 1; 3, Также трансформаторы работают в режиме, близком к холостому ходу.

Трансформаторы тока служат для подключения амперметров, электрических счетчиков энергии, различного рода реле и других приборов. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно с нагрузкой, а во вторичную обмотку включается амперметр. Номинальный ток вторичной обмотки имеет значение 5 А при любом номинальном токе первичной обмотки. Так как внутреннее сопротивление амперметра мало, то трансформатор тока работает в режиме, близком к короткому замыканию. При нормальной работе трансформатора тока магнитодвижущая сила равна разности МДС обмоток , а при размыкании вторичной обмотки МДС резко увеличивается, возрастают потери, трансформатор перегревается и, кроме того, возникают опасные напряжения, достигающие нескольких сотен вольт. Поэтому вторичную обмотку трансформатора тока нельзя оставлять разомкнутой.

Трансформаторы тока имеют классы точности 0,2; 0,5; 1; 3; 10.

7.2 Электрическая  схема.

7.3 Выполнение работы.

Задание 1. Опыт холостого хода

При номинальном напряжении -  22013 в первичной цепи определить силу тока и активную мощность в первичной обмотке и напряжение, в разомкнутом вторичной обмотке:

Коэффициент трансформации:  

Таблица 1.

, В

, В

, А

, вт

, Вт

Задание 2. Опыт короткого замыкания

Замкнув накоротко вторичную обмотку при напряжении первичной обмотки, составляющем около 10% от номинального (24 В), измеряют мощность в первичной цепи, напряжение и ток. По полученным данным определяют:

Потери в меди:  – измеряют ваттметром

Полное сопротивление:

Реактивное сопротивление:

Активное сопротивление:

, в

, В

, А

, Вт

, В

, Ом

, Ом

, Ом

Задание 3. Опыт нагрузки трансформатора.

При подключенной к вторичной обмотке нагрузочном сопротивлении, приложить к первичной обмотке номинальное напряжение /220 В/. Изменяя нагрузку во вторичной цепи, определить напряжение, ток и мощность в первичной цепи, напряжение и ток во второй цепи. По этим данным определить зависимость вторичного напряжения от коэффициента мощности  и КПД трансформатора от  мощности, потребляемой во вторичной цепи  .

Построить графики этих зависимостей

 - коэффициент мощности потребителя электроэнергии.

 - КПД

, В

, А

, Вт

, В

, А

, Вт

7.4 Контрольные вопросы.

7.4.1 Назначение и устройство трансформатора.

7.4.2 Условные графические обозначения трансформаторов.

7.4.3 Энергетическая диаграмма трансформатора и ее объяснение.

7.4.4 Принцип действия однофазного трансформатора.

7.4.5 Какой трансформатор называется идеализированным.

7.4.6 Основные уравнения идеализированного трансформатора.

7.4.7 Опыт холостого хода. Назначение опыта, схема,  основные соотношения.

7.4.8 Опыт короткого замыкания. Назначение опыта, схема,  основные соотношения.

7.4.9 На каком законе основан принцип действия трансформатора?

7.4.10 От чего зависит ЭДС вторичной обмотки трансформатора?

7.4.11 Как определяют параметры схемы замещения трансформатора?

7.4.12 Как определяют мощность потерь энергии в сердечнике и обмотках трансформатора?

7.4.13 Почему уменьшается напряжение вторичной обмотки трансформатора при увеличении тока нагрузки?

7.4.14 Какую зависимость называют внешняя характеристика трансформатора?

7.4.15 Как определяют КПД трансформатора и от чего он зависит?

7.4.16 Назначение, устройство и принцип действия автотрансформатора.

7.4.17 Для чего служат трансформаторы тока и трансформаторы напряжения?

PAGE  1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

41200. Стимулированное плазмой осаждение из газовой фазы пленок переходных металлов и их силицидов 137.5 KB
  Осаждение пленок вольфрама. Чистый WF6 непригоден для использования в стимулированных плазмой процессах осаждения вольфрама из – за того что при температуре подложки выше 900С преобладает травление а не осаждение слоя поскольку атомы фтора являются основными травящими агентами вольфрама. Действительно в результате соударения с электроном генерируются атомы фтора и предельные фториды вольфрама: е WF6 ↔ WF6х хF е . 1 Если атомы фтора не удаляются из зоны реакции или не связываются каким – либо методом то происходит...
41204. ПРОБЛЕМА ЯЗЫКА И СОЗНАНИЯ 165 KB
  Все это позволяет считать что у человека есть гораздо более сложные формы получения и переработки информации чем те которые даются непосредственным восприятием. Я имею в виду тот опыт который известен как опыт Бойтендайка и который лучше других показывает отличия мышления человека от мышления животных. Такая особенность и характеризует сознание человека отличая его от психики животных. Эта черта способность человека переходить за пределы наглядного непосредственного опыта и есть фундаментальная особенность его сознания.
41205. СЛОВО И ЕГО СЕМАНТИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ 143.5 KB
  Прежде всего нас будет интересовать слово и его семантическое строение т. слово как носитель определенного значения. Как известно слово является основным элементом языка.
41206. РАЗВИТИЕ ЗНАЧЕНИЯ СЛОВ В ОНТОГЕНЕЗЕ 119 KB
  Первый из них мы обозначили как предметную отнесенность понимаемую как функция слова заключающаяся в обозначении предмета признака действия или отношения. Вторым основным компонентом слова является его значение которое мы понимаем как функцию выделения отдельных признаков в предмете обобщения их и введения предмета в известную систему категорий. Сейчас мы продолжим это рассуждение и остановимся на одном из важнейших открытий советской психологической науки которое показало что оба этих компонента предметная отнесенность слова и...
41207. РАЗВИТИЕ ПОНЯТИЙ И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ 165.5 KB
  Мы сказали далее что если в раннем возрасте значение слова носит у ребенка аффективный характер то к концу дошкольного и к началу школьного возраста за значением слова кроются конкретные впечатления от реального практического наглядного опыта а на дальнейших этапах за словом начинают уже стоять сложные системы отвлеченных связей и отношений и слово начинает вводить данный предмет в известную категорию иерархически построенных понятийных систем. Это положение принципиально важно для современной психологической науки потому что оно...