-МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Дальневосточный федеральный университет»

Кафедра электроэнергетики и электротехники

Исследование однофазного трансформатора

Методические указания к лабораторной работе

по дисциплине «Электрические машины»

для студентов направления 140400 "Электроэнергетика и электротехника"

Владивосток  2014

Приведены программа лабораторной работы, перечень используемого оборудования, описание электрической схемы соединений, указания по проведению экспериментов на стенде ЭМ1-С-К, выполняемым расчётам и контрольные вопросы.

Целью лабораторной работы является ознакомление студентов с методикой выполнения экспериментов на стенде ЭМ1-С-К и основными характеристиками трансформаторов.

Программа работы

1. Краткое описание устройства и принципа действия трансформатора.

2. Ознакомление с перечнем используемых элементов и с электрическими схемами для выполнения опытов.

3. Опыт холостого хода.

4. Опыт короткого замыкания.

5. Снятие внешней характеристики.

6. Теоретические расчёты и построения.

7. Заключение по работе.

Назначение, устройство и принцип действия трансформатора

Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования параметров электрической энергии переменного тока (напряжения, тока, частоты, числа фаз). Наибольшее распространение получили трансформаторы для преобразования величины напряжения переменного тока.

Двухобмоточный трехфазный трансформатор имеет трёхфазные индуктивно связанные обмотки высшего (ВН) и низшего (НН) напряжения. Обмотки силовых трансформаторов выполняют из медного или алюминиевого изолированного провода. Для улучшения электромагнитной связи между обмотками и обеспечения эффективного преобразования электрической энергии обмотки ВН и НН располагают на стержнях замкнутого трёхстержневого магнитопровода, выполненного из ферримагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью. Магнитопровод трансформатора собирают из изолированных друг от друга пластин специальной трансформаторной стали толщиной 0,27, 0,35 или 0,5 мм при частоте сети 50 Гц, что позволяет существенно снизить потери в магнитопроводе (магнитные потери) и повысить КПД трансформатора.

Обмотка, потребляющая электрическую энергию из сети, называется первичной, обмотка, отдающая электрическую энергию потребителю - вторичной. Если напряжение первичной обмотки больше напряжения вторичной обмотки, трансформатор называют понижающим, если первичное напряжение меньше вторичного – повышающим. Преобразование величины напряжения в трансформаторе происходит из-за различного числа витков первичной w₁ и вторичной w₂ обмоток.

Номинальные напряжения первичной и вторичной обмоток указывают при холостом ходе.

На рис.1 изображена электромагнитная схема однофазного двухобмоточного трансформатора, на которой для удобства изображения первичная и вторичная обмотки расположены на разных стержнях.

Рис.1. Однофазный двухобмоточный трансформатор

При подключении первичной обмотки трансформатора с числом витков w₁ в сеть переменного тока с синусоидальным напряжением u₁ и частотой f₁ по обмотке протекает ток i₁, создающий магнитодвижущую силу (МДС) F₁=i₁w₁ и магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Поскольку магнитный поток изменяется во времени по гармоническому закону, изменяется потокосцепление с первичной и вторичной обмотками, в результате в них наводятся ЭДС, мгновенные значения которых определяется согласно закону электромагнитной индукции:

.

Если вторичную обмотку подключить к нагрузке, в ней возникает ток i₂ и устанавливается напряжение u₂. При протекании тока по вторичной обмотке создаётся МДС F₂ = i₂w₂ , которая вместе с МДС F₁ создаёт результирующую МДС

.

Сумму токов обозначают i_μ и называют намагничивающим током

.