28.Внешняя характеристика.

Вн хар-кой трансформатора- зависимость вторичного напряжения U₂ от тока нагрузки I₂ при заданном коэф мощности нагрузки cosφ_н и номинальном первичном напряжении U_1ном. Ток I₂ задают не в абсолютных, а в относительных единицах β = I₂/I_2ном = I₁/I_1ном. β -коэффициентом загрузки трансформатора. Изменение напряжения на выходе трансформатора (8.22) вид внешней хар-ки .

При активной и активно-индуктивной нагрузке наблюдается падение напряжения U₂ с ростом I₂, а для активно-емкостной нагрузки напряжение U₂ может расти с ростом I₂ (рис. 8.5, а).

Рис. 8.5. Внешние характеристики (а) и КПД трансформатора (б)

31.Потери и кпд трансформатора.

КПД трансформатора η = P₂/P₁ = 1 – ΔP/P₁, где P₂ – активная мощность, потребляемая нагрузкой; P₁ – активная мощность, потребляемая трансформатором из сети; ∆P = ∆P_ст + ∆P_м – сумма мощностей потерь в стали сердечника и меди обмоток. Для расчета η используют

. (8.24)

Типичный ход кривой η(β) показан на рис. 8.5, б. КПД максимален при

27.Трансформаторы. Устройство, назначение, принцип действия. Режим холостого хода, опыт холостого хода.

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения одного уровня в переменное напряжение другого уровня той же частоты. Трансформаторы применяются в электротехнике, электронике, электросвязи, устройствах автоматики и контроля. Различают силовые, измерительные, сварочные и специальные трансформаторы. По числу фаз трансформаторы делят на одно- и трехфазные.

Устройство. Трансформатор состоит из сердечника (магнитопровода) и обмоток (рис. 8.1, а). Магнитопровод предназначен для усиления индуктивной связи между обмотками и для низких частот собирается из покрытых лаком тонких пластин электротехнической стали, что позволяет уменьшить вихревые токи, наводимые переменным магнитным полем. Первичная обмотка подключается к источнику питания. Все связанные с ней величины отмечают индексом 1. Обмотку, к которой подключается приемник, называют вторичной, и все относящиеся к ней величины снабжают индексом 2. Одна из этих обмоток является обмоткой высшего напряжения (ВН), другая – низшего (НН). Если первичное напряжение U₁ меньше вторичного U₂, то трансформатор называют повышающим; если U₁ > U₂ ‑ понижающим.

Рис. 8.1. Трансформатор: а) конструкция; б) схема замещения

Принцип работы. Пусть w₁, w₂ – числа витков первичной и вторичной обмоток, ключ во вторичной цепи временно разомкнут (холостой ход). К первичной обмотке приложено переменное напряжение u₁, под действием которого по ней протекает переменный ток i_1x холостого хода. МДС i_1xw₁ создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф_1х, направление которого определяется правилом буравчика. Этот поток индуцирует в первичной обмотке ЭДС самоиндукции, а во вторичной – ЭДС взаимоиндукции. При разомкнутом ключе ток i₂ равен нулю, и вторичная обмотка не влияет на первичную.

Замкнем ключ во вторичной цепи, т.е. установим рабочий режим. Под действием ЭДС взаимоиндукции во вторичной цепи появится ток i₂. МДС i₂w₂ создает магнитный поток Ф₂. Ф₂ для указанных на рис. 8.1, а направлений намотки витков и положительных направлений токов i₁, i₂ направлен навстречу потоку Ф_1х, что соответствует правилу Ленца. Это явление называют размагничивающим действием вторичного тока. Результирующий магнитный поток Ф в правильно сконструированном трансформаторе практически зависит только от амплитуды U_1m напряжения источника, т.е. размагничивающее действие вторичного тока компенсируется возрастанием потока первичной обмотки, т.е. возрастанием тока первичной обмотки от значения i_1x до некоторого рабочего значения i₁. Тогда результирующий (рабочий) поток Ф ≈ Ф_1х создается результирующей МДС i₁w₁ ‑ i₂w₂ ≈ i_1xw₁. Рабочий поток Ф создает в первичной обмотке ЭДС самоиндукции е₁ и во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции е₂: .

В лаборатории проводят опыты холостого хода и короткого замыкания с целью определения коэффициента трансформации, потерь в трансформаторе и параметров схемы замещения. Опыт холостого хода проводят по схеме на рис. 8.3, а. В ней имеется амперметр, ваттметр и два вольтметра. Большое внутреннее сопротивление вольтметра практически обеспечивает режим холостого хода (I₂ ≈ 0). Поэтому показание амперметра равно I_1х, а ваттметр измеряет мощность потерь P_x при холостом ходе. На рис. 8.3, б показана схема замещения трансформатора в режиме холостого хода. Приведем порядок расчета параметров трансформатора по экспериментальным U_1ном, I_1x, P_x, U_2x.

Рис. 8.3. Опыт холостого хода трансформатора: а) схема; б) схема замещения

Находим коэффициент трансформации n = U_1ном/U_2х. У реальных трансформаторов , , поэтому мощность P_x практически определяется только потерями в R₀ . (8.19)

Отсюда находим R_m и cosφ_х. Находим полное сопротивление цепи: . (8.20)Из (8.20) получаем .