_{Лабораторная работа} № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ШИРОКОПОЛОСНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Цели работы:

1. Исследование работы трансформатора в диапазоне частот при гармоническом и импульсном воздействиях.

2. Исследование основных характеристик трансформатора на холостом ходу и под нагрузкой.

3. Приобретение навыков экспериментального определения параметров эквивалентной схемы трансформатора.

Описание лабораторного макета

Упрощенная принципиальная схема установки приведена на рис. 4. Исследуемый трансформатор содержит первичную и вторичную обмотки с числами витков w₁ w₂. К первичной обмотке трансформатора подключен источник сигнала u₁, к вторичной – нагрузка R_н. Для коррекции частотных характеристик параллельно R_н можно подключать корректирующие конденсаторы C_к, (С_к1 = 22 нФ, C_к2 = 33 нФ)

Одна из дополнительных обмоток используется как измерительная и работает в режиме, близком к холостому ходу, поэтому напряжение на ней практически равно ЭДС, наводимой основным магнитным потоком в соответствии с числом витков этой обмотки w₃. Нагрузкой этой обмотки служит высокое входное сопротивление интегрирующей цепи, выходное напряжение которой на основании закона электромагнитной индукции будет пропорционально (по форме и по величине) основному магнитному потоку, т. е. магнитной индукции в сердечнике трансформатора:

,

где e₀ – ЭДС на зажимах обмотки; S – площадь поперечного сечения магнитопровода.

Вторая дополнительная обмотка подключена к источнику постоянного напряжения, что позволяет исследовать процессы, обусловленные током подмагничивания. Резистор R1 обеспечивает высокое выходное сопротивление источника тока подмагничивания.

П

омимо исследуемого широкополосного трансформатора лабораторный макет содержит встроенные генератор тестовых сигналов, регулируемый источник тока подмагничивания и мультиметр.

Генератор позволяет получать сигналы: синусоидальной и прямоугольной (меандр) формы. Установка формы, частоты и амплитуды тестовых сигналов осуществляется с помощью органов управления, расположенных на лицевой панели макета.

Органы управления мультиметром позволяют выводить значения измеряемых величин сигналов в контрольных точках схемы – амплитуды (половины размаха переменной составляющей) напряжения U₁ и тока первичной обмотки I₁, напряжения на вторичной обмотке U₂, магнитной индукции B в сердечнике трансформатора, вызванной основным магнитным потоком и ЭДС E₀. Выбор измеряемой величины осуществляется соответствующими кнопками, расположенными под жидкокристаллическим дисплеем.

Наличие двух выходов на внешний осциллограф позволяет одновременно наблюдать формы токов и напряжений в различных точках схемы: u₁, i₁, u₂, e₀, B. Для исследования взаимосвязи сигналов во времени рекомендуется на один из каналов двухлучевого осциллографа постоянно подавать опорный сигнал (например, напряжение на первичной обмотке трансформатора) и этим сигналом синхронизировать развертку осциллографа.

Если используемый осциллограф имеет вход усилителя горизонтального отклонения луча, то возможно наблюдать кривую перемагничивания материала магнитопровода при синусоидальном и импульсном воздействиях.

Обработка полученных результатов.

1.1. При установленной частоте установленном значении сопротивлении нагрузки и нулевом токе подмагничивания форма тока первичной обмотки имеет вид, представленный на рисунках (1-3).

Рис 1 – Ток первичной обмотки при индукции меньшей индукции насыщения.

Рис. 2 – Ток первичной обмотки при индукции большей индукции насыщения.

Рис. 3 – Ток первичной обмотки при индукции равной индукции насыщения.

Форма тока первичной обмотки при введении подмагничивания показано на рисунках (4-5).

Рис. 4 – Ток первичной обмотки при отрицательном токе подмагничивания.

Рис. 5 – Ток первичной обмотки при положительном токе подмагничивания.

1.2. Повторим проведённые ранее испытания пункта 1.1. при прямоугольной форме входного напряжения. При установленной частоте установленном значении сопротивлении нагрузки и нулевом токе подмагничивания форма тока первичной обмотки имеет вид, представленный на рисунках (6-8).

Рис. 6 – Ток первичной обмотки при индукции меньшей индукции насыщения.

Рис. 7– Ток первичной обмотки при индукции большей индукции насыщения.

Рис. 8 – Ток первичной обмотки при индукции равной индукции насыщения.

1.3. При гармонической форме входного напряжения, максимальном значении индукции в сердечнике не превышающем индукцию насыщения изменение тока первичной обмотки и магнитной индукции из-за изменения сопротивления нагрузки показана на рисунках (9-13).

_{Рис. 9 – Форма тока первичной обмотки и входного напряжения} при _{, .}

_{Рис. 10 - Форма тока первичной обмотки и входного напряжения} при _{, .}

_{Рис. 11 - Форма тока первичной обмотки и входного напряжения} при _{, .}

_{Рис. 12 – Форма магнитной индукции и входного напряжения при , .}

_{Рис. 13 – Форма магнитной индукции и входного напряжения при , .}

_{Приведём на рисунках (14-17) аналогичные результаты, но используя прямоугольную форму входного напряжения.}

_{Рис. 14 – Форма тока первичной обмотки и входного напряжения} при _{, .}

_{Рис. 15 – Форма тока первичной обмотки и входного напряжения} при _{, .}

_{Рис. 16 – Форма магнитной индукции и входного напряжения при , .}

_{Рис. 17 – Форма магнитной индукции и входного напряжения при , .}

Временные диаграммы тока первичной обмотки и магнитной индукции

представлены на рисунках (18-19).

Рис. 18 – Временная диаграмма тока первичной обмотки и магнитной индукции при номинальной нагрузке.

Рис. 19 – Временная диаграмма тока первичной обмотки и магнитной индукции в режиме холостого хода.

2. Исследование трансформатора при гармоническом воздействии.

2.1. Характеристика холостого хода записана в таблице (1) с вычисленным коэффициентом трансформации и на графике рисунка (20).

Таблица 1

U1,B	0,5008	1,009	1,506	2,002	2,511	3,003	3,504	4,009	4,701
I1,A	0	0,27	0,88	1,55	2,23	2,92	3,6	4,31	5,17
U2,B	0,417	0,804	1,181	1,564	1,952	2,33	2,717	3,105	3,635
B,Тл	0	0	0	0	0,005	0,043	0,092	0,15	0,235
E0,B	0,001	1,012	1,493	1,981	2,472	2,953	3,444	3,942	4,613
n	0,82	0,8	0,78	0,78	0,78	0,78	0,78	0,77	0,77

I₁

U₂

B

E₀

n

U1

Рис. 20.

2.2. Нагрузочная характеристика трансформатора представлена в таблице (2) и на графике рисунка (21).

Таблица 2

Rн,Oм	50	100	150	200	250	300	350
I1,мA	21,1	15,28	12,11	10,37	8,85	8,09	7,45
U2,B	2,042	2,39	2,58	2,69	2,78	2,82	2,86
B,Тл	0	00	0	0	0	0	0
E0,B	3,28	3,5	3,62	3,69	3,75	3,78	3,79
I2,мА	40,8	23,9	17,2	13,45	11,12	9,4	8,17

I₁

U₂

B

E₀

I2

Рис. 21.

2.3.1. Частотная характеристика трансформатора при резистивном характере нагрузке представлена в таблице (3) и на графике рисунка (22).

f,Гц	5	10	50	100	200	500	800	1000	5000	7000	9000
I1,мА	49,64	40,33	8,09	7,61	7,27	7,02	6,91	6,91	6,06	5,58	4,99
U2,B	0,95	1,82	2,46	2,48	2,48	2,48	2,48	2,48	2,22	1,96	1,8
B,Тл	2,95	2,55	0,32	0,016	0	0	0	0	0	0	0
E0,B	1,27	2,44	3,28	3,304	3,31	3,314	3,311	3,311	3,004	2,69	2,46

Таблица 3

I₁

U₂

B

E₀

f

Рис. 22.

2.3.1. Частотная характеристика трансформатора при резистивно-емкостном характере нагрузке представлена в таблице (4) и на графике рисунка (23).

Таблица 4

f,Гц	5	10	50	100	200	500	800	1000	2000	5000	7000
I1,мА	49,5	40,15	7,36	6,88	6,54	6,7	7,39	8,12	13,45	29,42	18,47
U2,B	0,95	1,84	2,49	2,51	2,52	2,54	2,57	2,6	2,84	2,77	1,4
B,Тл	2,95	2,56	0,33	0,016	0	0	0	0	0	0	0
E0,B	1,26	2,44	3,31	3,32	3,34	3,36	3,41	3,44	3,74	3,61	1,71

I₁

U₂

B

E₀

f

Рис. 23.

3. Исследование трансформатора при импульсном воздействии.

3.1. Временные диаграммы u₁, u₂, e₀, i₁, В при резистивной нагрузке (R_н = 50 Ом), на различных частотах представлены на рисунках (24-27).

Рис. 24. При частоте 300Гц.

Рис. 25. При частоте 500Гц.

Рис. 26. При частоте 700Гц.

Рис. 27. При частоте 1000Гц.

3.2. Зависимость относительного спада вершины импульсов напряжения на вторичной обмотке трансформатора от частоты представлена на рисунках (28-31).

Рис. 28. При частоте 80Гц.

Рис. 29. При частоте 100Гц.

Рис. 30. При частоте 300Гц.

Рис. 31. При частоте 800Гц.

При резистивно-емкостной нагрузке на различных частотах период колебания имеет различные значения, несколько таких зависимостей приведены на рисунках (32-34).

Рис. 32. На частоте 2000Гц.

Рис. 33. На частоте 6000Гц.

Рис. 34. На частоте 10000Гц.

Вывод: Исследовали работу трансформатора в диапазоне частот при гармоническом и импульсном воздействиях.

2. Исследовали основные характеристики трансформатора на холостом ходу и под нагрузкой.

3. Приобрели навыки экспериментального определения параметров эквивалентной схемы трансформатора.