Вопрос 6: Объяснить причины и характер изменения напряжения вторичной обмотки при изменении нагрузки.

Ответ 6: Если пренебречь током холостого хода то упрощенная схема замещения трансформатора в режиме нагрузки может быть представлена схемой (рис.29)

Рис.29

Если напряжение U₁=U_1ном неизменно, то при изменении Z₂ будут изменяться напряжения и токи первичной и вторичной обмоток трансформатора. Чтобы определить изменение напряжения вторичной обмотки, его обычно приводят к числу витков первичной обмотки: U^י₂=(w₁/w₂)U₂. Изменением напряжения называют разность действующих значений приведенного вторичного напряжения U^י₂ в режиме холостого хода и при заданном комплексном сопротивлении Z₂. В режиме холостого хода U^י₂ = U_1ном . Поэтому:

ΔU%=( U_1ном- U^י₂)/ U_1ном100%

Если cosφ₂=cosφ_k, то ΔU будет максимальным. U₁ -U^י₂= Z_K I₁

Внешней характеристикой тр-ра называют зависимость U₂=f(I₂) при постоянном коэффициенте cosφ₂ и постоянном U_1ном .

Обычно его выражают в относительных единицах U₂/U_2ном=f(I₂). Эта зависимость дается уравнением:

U₂/U_2ном=1-к_З·I1ном/U_1ном·(R_K·cos φ₂ + X_K·cosφk),

где к_З= I₂/I_2ном - коэффициент загрузки трансформатора.

При изменении коэффициент загрузки трансформатора в пределах 0<k_З<1 напряжение на выходе трансформатора U₂ изменяется всего на несколько процентов.

Уменьшение напряжения U₂ происходит из за падения напряжения на внутренних сопротивлениях обеих обмоток трансформатора.

В трансформаторах малой мощности рассеяние незначительно и внутреннее сопротивление обмоток чисто активное. В этом случае изменение напряжения:

ΔU= R_K ·I_1ном/ U_1ном ·100%.

Вопрос 7: Как определяется кпд силовых трансформаторов?

Ответ 7. Потери в трансформаторе по природе аналогичны потерям в катушке с сердечником.

Это тепловые потери за счет нагрева проводов обмотки, потери на гистерезис и на вихревые токи.

КПД силовых трансформаторов η= Р₂/Р_{1 ,} где Р₂= U₂I₂ cos φ₂

В нашем опыте сопротивление нагрузки чисто активное, поэтому cos φ₂=1.

Однако, т.к. Р₁ и Р₂ близки при таком расчете допускается большая ошибка.

В номинальном режиме более точное измерение достигается путем измерения непосредственно потерь. Мощность Р₁=Р₂+Рм+Р_Э, где Рм и Р_Э магнитные и электрические потери соответственно.

При номинальных значениях первичных напряжения U_1ном и тока I_1ном магнитные потери в магнитопроводе и электрические потери в проводах равны практически активным мощностям трансформатора в опытах холостого хода и короткого замыкания соответственно:

η= Р₂/ (Р₂ + Р_М+Р_Э)

Рм = Р₀ - измеряется в опыте холостого хода,

Р_Э – Р_КЗ - измеряется в опыте короткого замыкания.

В общем случае необходимо включить в цепь нагрузки ваттметр.

КПД трансформатора зависит от коэффициента мощности cosφ₂ и коэффициента загрузки Кз = I₂/I₂ном.

КПД силовых трансформаторов составляет обычно 70 - 99%.

Рис. 31

Вопрос 8. Объяснить особенности конструкции и принципа действия автотрансформаторов.

Ответ 8:

Автотрансформатор представляет собой трансформатор, у которого обмотка низкого напряжения является частью обмотки высокого напряжения. На общий магнитопровод наматывают катушки с отводом от части витков. Принципиальная схема автотрансформатора представлена на рис.32.

В автотрансформаторе цепи первичной и вторичной обмоток имеют не только магнитную, но и электрическую связь.

Для автотрансформатора так же справедливо соотношение:

Рис. 32

При включении нагрузки во вторичной цепи в цепи возникает ток I₂ .Магнитный поток сердечника Ф_m так же постоянен и равен потоку холостого хода.

Уравнение для МДС имеет вид:

w₁ ·I_1x=(w₁-w₂)·I₁+w₂·I₁₂

I₁ -ток первичной цепи(участок А-а) с числом витков =(w₁-w₂),

I₁₂ – ток через обмотку w₂ (участок а-х)

Т.к I_1x мало, то:

I₁₂ ≈ (w₁/ w₂ -1)·I₁.

Е

сли w₁/ w₂ ≈1, то ток в проводах обмотки на участке (а-х) I₁₂≈0.

Напряжение на нагрузке U₂ = w₂/w₁ ·U₁, поэтому при постоянном U₁ изменяя w₂ можно изменять U₂ .

Обычно автотрансформаторы изготавливают с несколькими отводами или с устройством плавного регулирования положения отвода (ЛАТР).

При одинаковых мощностях автотрансформатор имеет меньшие габариты и вес по сравнению с обычными трансформаторами.

Автотрансформаторы используют в качестве регуляторов напряжения при пуске мощных асинхронных и синхронных двигателей, в сварочных аппаратах.

Однако, исходя из требований ТБ ,наличие электрической связи является недостатком.

Тема № 5: ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ.

Цели работы: 1.Изучить устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором;

2. Ознакомиться с методом непосредственного пуска двигателя и измерить пусковой ток;

3. Снять рабочие характеристики двигателя и на их основе дать оценку двигателя.

Работа выполняется на универсальном стенде, в котором смонтированы лабораторный автотрансформатор, выпрямитель, ламповая нагрузка, коммутационная аппаратура и необходимые приборы. Электрическая цепь стенда представлена на рис.33.

Трехфазный асинхронный двигатель М расположен за стендом. В качестве нагрузки двигателя используется генератор постоянного тока независимого возбуждения G, соединенный с двигателем муфтой. Генератор нагружается ламповым реостатом EL1 – EL7. Регулирование тока возбуждения генератора осуществляется лабораторным автотрансформатором Т, во вторичную цепь которого включен мостовой выпрямитель.

	На стенде установлены приборы переменного тока РА1, РА2, РW для измерения фазного , пускового тока , мощности , а также приборы постоянного тока РV2, РА4, РА3 для измерения напряжения , тока и тока возбуждения генератора, причем показания амперметра РА3 не используются.
Рис. 33

Частота вращения ротора двигателя измеряется дистанционным тахометром, не показанным на схеме. Тахометр имеет поправочный коэффициент 2/3, на который умножаются его показания. Цена деления тахометра составляет 20 об/мин.