4 курс (заочка) / Учебные материалы / ЭУиСТ практикум Шакиров Яблочников

По результатам эксперимента с помощью формул раздела 3 необходимо рассчитать вх, вых, ис, , а полученные данные записать в табл.3.

По данным эксперимента и расчета необходимо построить зависимости

′вых = ( н), вых = ( н) на одном графике и вых = ( н), вх = ( н), =( н) на другом.

С помощью графической зависимости ′вых = ( н) определить внутреннее сопротивление стабилизатора и нестабильность по току по формулам:

= ∆ вых⁄∆ н ; = ∆ вых ∙ 100%,

вых

где ∆ н = 100 мА, вых – номинальное значение выходного напряжения ИС.

5.4. Определение коэффициента сглаживания ИС.

Коэффициент сглаживания ИС определяется при номинальном значении входного напряжения вх.ном = 16 В и максимальном токе нагрузки н = 100 мА.

Опыт проводится для двух режимов:

а) при питании цепей регулирующего транзистора, источника опорного напряжения и усилителя от одного источника (переключатель B2 находится в положении ”1”);

б) при раздельном питании, что соответствует положению переключателя B2 в режиме “2”.

Порядок проведения эксперимента, следующий:

1.Устанавливают переключатель B2 в положение “1”, а затем переключатель B3 в положение “Вкл.”.

2.С помощью автотрансформатора ЛАТР и рукоятки “Рег. Iн”, на входе ИС

устанавливают номинальное напряжение вх.ном = 16 В при токе нагрузки н = 100 мА.

3.Используя цифровой вольтметр, измеряют амплитуду пульсации

напряжения на входе вх (гнезда Г1, Г2) и на выходе вых (гнезда Г3, Г4) стабилизатора. Результаты измерений записывают в табл.4.

4.Устанавливают переключатель В2 в положение “2” и повторяют измерения

всоответствии с п.3.

Таблица 4

21

Используя опытные данные табл.4, можно рассчитать коэффициент сглаживания по следующей формуле:

= вх.~⁄ вых.~.

вх. вых.

5.5. Определение величины тока нагрузки, при котором срабатывает схема защиты.

Для проведения опыта на входе стабилизатора с помощью ЛАТР устанавливают напряжение вх.ном = 16 В.

Переключатель B2 должен находиться в положении “2”, а переключатель B3 – в положении “Вкл.”.

Необходимо увеличивать ток нагрузки рукояткой “Рег. Iн” до тех пор, пока выходное напряжение ИС не начнет резко уменьшаться. Ток нагрузки, при котором начинает уменьшаться выходное напряжение, и есть ток срабатывания защиты стабилизатора.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по лабораторной работе должен содержать следующую информацию:

1.Цель и план проведения лабораторной работы.

2.Схему электрическую принципиальную и технические данные интегрального стабилизатора серии К142ЕН1А.

3.Схему стенда для проведения лабораторных испытаний.

4.Таблицы с результатами измерений и расчетов.

5.Графические зависимости в соответствии с требованиями п.5.2-5.4 и экспериментальные результаты по п.5.5.

6.Паспортные данные используемых в данной работе электроизмерительных приборов.

7.Выводы.

22

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Какой элемент схемы ИС (рис.1) служит источником эталонного (опорного) напряжения?

2.Поясните назначение токостабилизирующих двухполюсников, реализованных на полевых транзисторах VT1 и VT2 (рис.1).

3.Поясните назначение диода VD2 в цепи эмиттерного повторителя VT5

(рис.1).

4.С какой целью усилитель постоянного тока выполняют по дифференциальной схеме?

5.Из каких элементов состоит схема защиты от перегрузок по току (рис.1) и поясните принцип ее работы?

6.Поясните причину наличия в принципиальной электрической схеме ИС кондесаторов C1 и C2 на рис.4.

7.На каких элементах реализована схема выключения ИС и как она работает

(рис.1)?

8.С какой целью регулирующий элемент ИС выполняют на составном транзисторе?

9.В каких случаях требуется подключение к ИС внешнего регулирующего транзистора? Поясните примером.

10.Поясните принцип действия ИС с последовательным и параллельным включением регулирующего элемента.

11.Назовите основные типы ИС (серии К142ЕН) и их отличительные особенности.

12.Назовите основные параметры ИС.

13.Поясните графические зависимости, полученные экспериментальным путем в п.5.2 и п.5.3.

23

Лабораторная работа №11. ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомиться с устройством, принципом действия и основными параметрами однофазных трансформаторов, а также с методами определения эксплуатационных характеристик трансформатора по данным, полученным в ходе опытов «холостого хода» и «короткого замыкания».

2.ПЛАН РАБОТЫ.

2.1.Проведение опыта холостого хода трансформатора.

2.2.Проведение опыта короткого замыкания.

2.3.Испытания трансформатора под нагрузкой.

2.4.Расчет и построение характеристик трансформатора по данным опытов холостого хода и короткого замыкания.

3.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. 3.1. Трансформатор.

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий электрическую энергию переменного тока одной системы в электрическую энергию переменного тока другой системы с иными параметрами (с иным напряжением, током или числом фаз).

Принцип действия трансформатора основан на электромагнитном взаимодействии двух или, в более общем случае, нескольких электрически несвязанных и неподвижных друг относительно друга обмоток. Если одну из обмоток присоединить к сети переменного тока, то под действием переменного магнитного поля в другой обмотке, магнитносвязанной с первой, индуцируется ЭДС. При включении второй обмотки на какой-либо приемник энергии в цепи этой обмотки будет протекать переменный ток, т. е. энергия из одной цепи будет передаваться во вторую.

Обмотка трансформатора, связанная с сетью более высокого напряжения, называется обмоткой высшего напряжения (ВН); обмотка, связанная с сетью более низкого напряжения, — обмоткой низшего напряжения (НН).

Обмотка, включенная в сеть источника электрической энергии, из которой трансформатор потребляет преобразуемую им электрическую энергию,

24

называется первичной; обмотка, включенная в сеть приемника энергии, называется вторичной. Если первичной обмоткой трансформатора является обмотка высшего напряжения, вторичной - обмотка низшего напряжения, то такой трансформатор называется понижающим; если же первичная обмотка - обмотка низшего напряжения, а вторичная - высшего, то трансформатор называется повышающим.

В зависимости от формы магнитопровода и расположения обмоток на нем однофазные трансформаторы разделяют на стержневые, броневые и тороидальные (кольцевые).

Трансформаторы броневого типа имеют магнитопровод, выполненный из двух Ш-образных фрагментов (если в качестве материала магнитопровода используются ферриты) и одной катушки, на которой размещаются первичная и вторичная обмотка (вторичные обмотки) (рис.1). Часть магнитопровода, на которой располагается катушка с обмотками, называется стержнем магнитопровода, участки магнитопровода (сердечника трансформатора) не несущие обмотки, называются ярмом. Как видно из рис.1 обмотки частично охватываются (бронируются) так называемым ярмом.

Рис. 1. Конструкция однофазных трансформаторов броневого типа

При относительно малой мощности (до нескольких десятков ВА) применяются также ферритовые броневые магнитопроводы чашечного типа, в которых обмотки практически полностью бронируются ярмом, что позволяет существенно уменьшить поля рассеяния трансформатора (под полями рассеяния понимают магнитные поля, магнитные силовые линии которых частично замыкаются по немагнитной среде). Однако при этом ухудшаются условия охлаждения обмоток.

Обмотки трансформатора выполняются из изолированного медного провода круглого или прямоугольного поперечного сечения. При токах в несколько

25

десятков ампер и более для выполнения обмоток может применяться медная фольга. Обмотки трансформаторов бывают двух типов: цилиндрические, состоящие из одного или нескольких слоев (рис. 1 а) и дисковые (галетные), расположенные друг за другом по высоте стержня и разделенные изолирующими прокладками (рис.1 б). Дисковые обмотки применяются в так называемых планарных (плоских) трансформаторах.

В планарных трансформаторах используется многослойная печать и обмотки выполняются в виде концентрических печатных проводников. Витки первичной и вторичной обмоток трансформатора располагаются в нескольких слоях печатной платы. В плате имеются окна, в которые вставляется магнитопровод. К совокупности достоинств указанныхвыше планарных трансформаторов по сравнению с классическими, имеющими цилиндрические обмотки следует отнести:

-меньшие размеры;

-существенно меньшие поля рассеяния;

-меньшие потери в проводниках обмоток на высоких частотах;

-лучшие условия охлаждения;

-высокую технологичность монтажа и сборки.

Однако, производство планарных трансформаторов (и дросселей) требует использование достаточно сложного и дорогого технологического оборудования, затраты на которое окупаются только при осуществлении серийного выпуска трансформаторов большими партиями. Поэтому в большинстве случаев в настоящее время броневые трансформаторы выполняются с цилиндрическими обмотками.

Трансформаторы стержневого типа имеют магнитопровод, выполненный из двух П-образных фрагментов (если в качестве материала магнитопровода используются ферриты) и двух катушек, на каждой из которых размещаются по половине витков первичной и вторичной обмоток (рис.2. а). Половины обмоток, помещенные на левом и правом стержнях магнитопровода, соединяются между собой последовательно или параллельно так, чтобы намагничивающие силы этих половин обмоток совпадали по направлению обхода контура магнитопровода.

26

Рис. 2. Конструкции однофазных трансформаторов а, б - стержневого типа; в – тороидального типа.

На низких и повышенных частотах (до нескольких килогерц) для трансформаторов стержневого типа применяются магнитопроводы типа ПЛ (рис. 2.б), выполненные из холоднокатанной электротехнической стали. Два магнитопровода типа ПЛ, составленных вместе образуют магнитопроводы типа ШЛ, применяемые для трансформаторов броневого типа.

Тороидальные трансформаторы выполняются на кольцевых (типа К или ОЛ) магнитопроводах (рис.2.в). В качестве материала магнитопровода применяются ферриты, аморфные стали (магнитопроводы типа К) или холоднокатанные электротехнические стали (магнитопроводы типа ОЛ).

К достоинствам тороидальных трансформаторов по сравнению со стержневыми и броневыми следует отнести: практически полное отсутствие

27

полей рассеяния и нечувствительность к внешним магнитным полям, независимо от их направления (при условии равномерного распределения обмоток по периметру кольца магнитопровода); большую поверхность охлаждения обмоток и меньшее магнитное сопротивление магнитопровода вследствие отсутствия каких либо немагнитных зазоров. При прочих равных условиях тороидальные трансформаторы имеют минимальные габариты, однако стоимость их изготовления существенно выше.

В настоящей работе реализуют испытание однофазного трансформатора с сердечником броневого типа.

Номинальные данные трансформатора:

– номинальное напряжение первичной обмотки, В ………...220– номинальный ток первичной обмотки, А …………………..1,4

2 – номинальный ток вторичной обмотки, А ……………………... 6,8– напряжение короткого замыкания, % ………………….…….…5,3

3.2. ОПЫТ ХОЛОСТОГО ХОДА ТРАНСФОРМАТОРА.

Опыт холостого хода трансформатора проводится с целью определения мощности потерь в магнитопроводе (потерь в стали) трансформатора, тока холостого хода, коэффициента трансформации и параметров эквивалентной схемы. Опыт холостого хода проводится по схеме рис.3.

В общем случае мощность, потребляемая трансформатором при холостом ходе 0, идет на покрытие потерь в стали , потерь в меди первичной

обмотки 1 и диэлектрических потерь Д в изоляции трансформатора.

Р0 РС РM 1 PД .

Рис. 3. Опыт холостого хода.

28

Ток холостого хода трансформатора обычно не превышает 5÷10% от номинального значения тока первичной обмотки (при номинальной мощности трансформатора более 100 ВА). Поскольку потери в обмотках трансформатора (потери в меди) при его номинальной загрузке, как правило, практически равны потерям в стали, то при режиме «холостого хода» потерями в меди можно пренебречь.

Диэлектрические потери в низковольтных трансформаторах можно также не учитывать. Таким образом, с достаточным приближением можно считать, что потери при холостом ходе трансформатора равны потерям в стали, которые складываются из потерь на перемагничивание ПЕР и потерь от вихревых токов

ВИХ, т.е. 0 = СТ = ПЕР + ВЫХ.

Для трансформаторов средней и большой мощности при = 50 Гц значение амплитуды магнитной индукции, соответствующей максимальному значению напряжения, приложенному к первичной обмотке трансформатора, обычно выбирается на колене магнитной характеристики. В этом случае потери в стали определяются выражением:

= ( )2( )(1,3−1,6) , где:

Вm- амплитудное значение магнитной индукции основного магнитного потока; fC - частота изменения во времени напряжения источника питания (напряжения сети); С- константа, значение которой зависит прежде всего от размеров и ферромагнитных свойств материала магнитопровода трансформатора.

Коэффициент трансформации трансформатора К, равный по определению отношению высшего напряжения к низшему напряжению при холостом ходе, определяется по данным опыта холостого хода как:

K=U10/U20,

где U10 – действующее значение напряжения, измеряемое в соответствии со схемой, приведенной на рис. 3 вольтметром pV1, а U20 - вольтметром pV2.

Трансформатор при его работе в режиме «холостого хода» может быть представлен в виде эквивалентной схемы (рис. 4),

где 1 – активное сопротивление первичной обмотки трансформатора;1 – индуктивной сопротивление первичной обмотки, обусловленное

потоком рассеяния ;

29