42525

Изучение однофазного трансформатора

Лабораторная работа

Физика

Принцип действия трансформатора основан на использовании явления электромагнитной индукции. Знак − указывает на то что ЭДС в первичной и вторичной обмотках трансформатора противоположены по фазе. Создаваемый этим током магнитный поток Ф0 концентрируется в магнитопроводе и пронизывает все обмотки трансформатора индуцируя в первичной обмотке ЭДС самоиндукции 27.

Русский

2013-10-30

118 KB

21 чел.

Лабораторная работа № 27

изучение однофазного трансформатора

Цель работы: изучить принцип действия и устройство однофазного трансформатора, определить коэффициент трансформации и КПД трансформатора.

Оборудование: трансформатор, вольтметр переменного тока на 250 В, вольтметр переменного тока на 150 В, амперметры переменного тока на 2 А.

27.1. Краткие теоретические сведения

Трансформатор − это прибор, служащий для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток такого же или иного напряжения посредством магнитного поля при сохранении частоты тока.

Простейший трансформатор состоит из двух обмоток, намотанных на общий замкнутый железный сердечник (рис. 27.1).

В повышающем трансформаторе первичная обмотка А1 состоит из небольшого числа витков относительно толстого провода, вторичная обмотка А2 − из большого числа витков более тонкого провода.

Принцип действия трансформатора основан на использовании явления электромагнитной индукции. Ток, проходящий через первичную обмотку А1, создаёт переменный поток магнитной индукции Ф0, который почти целиком сосредоточен внутри сердечника, и, следовательно, практически полностью пронизывает витки вторичной обмотки.

При разомкнутой вторичной обмотке первичная обмотка является частью цепи с некоторыми омическим и индуктивным сопротивлениями. Если омическое сопротивление очень мало по сравнению с индуктивным, его влиянием можно пренебречь. Тогда ЭДС 1, действующая в первичной обмотке, численно равна и обратна по знаку возникающей в ней ЭДС самоиндукции si:

В каждом витке первичной обмотки возникает ЭДС самоиндукции, , откуда  где − число витков первичной обмотки. Отсюда ЭДС, действующая в первичной обмотке,

                                          (27.1)

поскольку практически ЭДС находят, измеряя напряжение и на концах обмоток.

Так как этот же поток Ф пронизывает вторичную обмотку, то в каждом её витке возникает ЭДС индукции . Во всех витках вторичной обмотки возникает ЭДС

                                          (27.2)

Сравнивая (27.1) и (27.2), получаем, что ЭДС индукции, возникающая во вторичной обмотке,

                                         (27.3)

Таким образом, трансформатор повышает ЭДС во вторичной обмотке по сравнению с ЭДС первичной обмотки, если N2 > N1. Знак «−» указывает на то, что ЭДС в первичной и вторичной обмотках трансформатора противоположены по фазе.

Обычно у трансформаторов коэффициент самоиндукции первичной обмотки достаточно велик. Это приводит к тому, что при разомкнутых вторичных цепях в первичной цепи, в силу её большого индуктивного сопротивления, течёт малый ток I0 (ток холостого режима), отстающий от напряжения U1 почти на 2. Создаваемый этим током магнитный поток Ф0 концентрируется в магнитопроводе и пронизывает все обмотки трансформатора, индуцируя в первичной обмотке ЭДС самоиндукции (27.1).

Таким образом, при холостом ходе ЭДС самоиндукции в первичной обмотке практически компенсирует приложенное напряжение. Потребляемая трансформатором энергия расходуется только на компенсацию потерь энергии, которые удаётся снизить до минимума.

К основным видам потерь энергии в трансформаторе относят потери на ленц-джоулево тепло в обмотках («потери в меди»). Для их уменьшения провод для обмоток берётся с малым удельным сопротивлением (как правило, медный). Потери на рассеяние магнитного потока существенно снижают, применяя замкнутый ферромагнитный сердечник. Это, однако, приводит к появлению новых источников потерь, связанных с индуцированием в сердечнике токов Фуко и работой поля, идущей на перемагничивание сердечника («потери в железе»). Токи Фуко уменьшают, набирая сердечники трансформаторов из пластин, которые изолируют друг от друга, предельно увеличивая сопротивление в плоскости, перпендикулярной магнитному потоку. Для уменьшения потерь на перемагничивание сердечники изготовляют из магнитомягких сортов ферромагнитных материалов, например, сортов железа с минимальным количеством примесей, нелегированных электротехнических сталей или пермаллоя (железоникелевый сплав, содержащий от 36 % до 85 % никеля и железо). Таким образом, удаётся повысить КПД трансформатора до значений, превышающих 95 %.

Магнитный поток Ф0 пронизывает вторичные обмотки, индуцируя в них ЭДС пропорциональное числу витков (27.2).

Отношение напряжений в обмотках

                                       (27.4)

где k называют коэффициентом трансформации.

Векторы  определяют диаграмму холостого тока на рис. 27.2. При замыкании вторичной цепи в ней возникает ток I2, сдвинутый по фазе по отношению к , который создает магнитный поток , направленный навстречу потоку . Это приводит к уменьшению индуктивного сопротивления первичной катушки и к увеличению в ней тока I1. Одновременно растет и магнитный поток , создаваемый током первичной обмотки. Нарастание будет иметь место до тех пор, пока суммарный поток не примет значение близкое к первоначальному . Трансформатор саморегулируется, поддерживая магнитный поток в сердечнике постоянным.

При нормальной нагрузке трансформатора углы 1  и 2 невелики и мощность, потребляемая вторичной обмоткой приближается к величине, определяемой к.п.д. трансформатора, т.е.

                                       (27.5)

Отсюда следует, что чем меньше витков имеет вторичная обмотка, тем больший ток с неё можно взять. Соответственно, обычно и сечение проводов обмоток стараются рассчитывать под возможные значения тока в них: чем меньше витков, тем больше сечение провода и наоборот.

КПД трансформатора называется величина, показывающая отношение энергии (мощности), выделяемой на вторичной обмотке, к энергии (мощности), потребляемой первичной:

                              (27.6)

Коэффициент трансформации определяется при разомкнутой цепи вторичной обмотки, а КПД вычисляется только по данным для нагруженного трансформатора.

27.2. Порядок выполнения работы

Определение коэффициента трансформации

  1.  

Собрать цепь по схеме (рис. 27.3), подключив вольтметр на 250 В к первичной обмотке, а вольтметр на 150 В − к вторичной.

  1.  Подключить первичную обмотку к сети и измерить напряжения U1 и U2.
  2.  Результаты занести в таблицу. По формуле (27.4) рассчитать коэффициент трансформации.

Определение КПД трансформатора

  1.  

Собрать цепь по схеме (рис. 27.4), подсоединив во вторичную обмотку вольтметр на 150 В, амперметр на 2 А и ламповый реостат; в первичную обмотку − вольтметр на 250 В, амперметр на 2 А.

  1.  Подключив трансформатор к сети переменного тока, записать показания приборов, меняя нагрузку во вторичной обмотке.
  2.  Результаты измерений занести в таблицу. Пользуясь (27.6), рассчитать КПД трансформатора.
  3.  Определить коэффициент трансформации и КПД трансформатора в виртуальной измерительной схеме (рис. 27.5).

Контрольные вопросы и задания

  1.  Объяснить принцип работы трансформатора.
  2.  Чем отличается работа ненагруженного и нагруженного трансформаторов?
  3.  В каком соотношении находятся силы токов, текущих в первичной и вторичной обмотках трансформатора?
  4.  Объяснить векторные диаграммы нагруженного и ненагруженного трансформаторов.

[3, § 188; 6, § 19.1 − 19.5; 7, § 64, 65, 136; 9, c. 113]

186


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

1658. Стадии родов: подготовительная, выведения плода, последовая 20.49 KB
  Роды - это сложный физиологический процесс, заключается в выведении зрелого жизнеспособного плода и его плодных оболочек из полости матки через родовые пути.
1659. Сущность искусственного осеменения и его значения в животноводстве 20.44 KB
  И.И. Иванов - основоположник методов искусственного осеменения с/х животных. Самое крупное открытие в области животноводства после приручения и одомашнивания животных.
1660. Сущность процесса оплодотворения. Стадии оплодотворения 19.42 KB
  Оплодотворение - это физиологический процесс, который заключается в слиянии яйца и спермиев с последующей их ассимиляцией и диссимиляцией, в результате образуется зигота, которая имеет двойную наследственность.
1661. Температурный шок спермиев и меры его предупреждения. Влияние точности растворов на спермии 20.75 KB
  Температура среды влияет двояко: усиливает или ослабляет их движение, удлиняет или укорачивает переживаемость. Низкие температуры менее вредны для спермиев.
1662. Техника приготовления разбавителей и роль входящих в них компонентов 20.73 KB
  Целью разбавления спермы является создание окружающей среды, способной защитить половые клетки от повреждений в процессе консервирования, увеличение объема полового продукта для разделения его на множество спермодоз.
1663. Типы естественного осеменения животных 19.28 KB
  Естественное осеменение – это комплекс условных и безусловных половых рефлексов, обеспечивающих выделение спермий из половых органов самца и введение ее в половые органы самки.
1664. Типы плацент у разных видов животных 20.76 KB
  Плацентой называется комплекс тканевых образований, развивающихся из сосудистой оболочки плода и слизистой оболочки матки для связи плода с материнским организмом, обеспечивающим питание плода.
1665. Топография половых органов у беременных и небеременных крупных животных 21.23 KB
  Наружное исследование на беременность слагается из трех диагностических приемов: осмотра, пальпации и аускультации.
1666. Требования к качеству спермы, допускаемой к разбавлению, хранению и осеменению самок 20.1 KB
  Цвет спермы зависит прежде всего от вида животного. Нормальная сперма барана белая с желтоватым оттенком, сперма быка чаще всего белая, иногда с желтоватым оттенком, сперма жеребца и хряка серовато-белая, подобие цвета сильно разбавленного молока.