Лабораторная работа №5 Определение параметров и основных характеристик однофазного трансформатора. Принцип действия однофазного трансформатора

Трансформатором называется статическое, т.е. без движущихся частей, электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования одних значений параметров переменных напряжений и тока в другие значения той же частоты. Трансформатор имеет не менее двух электрически изолированных (за исключением автотрансформатора) обмоток с общим магнитным потоком.

На рис приведена схема включения однофазного трансформатора. Со стороны вторичной обмотки, содержащей w₂ витков, т.е. для приемника с сопротивлением нагрузки R₂, трансформатор является источником энергии, а со стороны первичной обмотки, содержащей w₁ витков, — приемником энергии от источника питания.

Рис. 1 Схема включения однофазного трансформатора

Рассмотрим принцип действия однофазного трансформатора. Предположим, что цепь вторичной обмотки трансформатора разомкнута и при действии источника напряжения u₁ = е ток в первичной обмотке равен i₁. Магнитодвижущая сила i₁w₁ возбуждает в магнитопроводе магнитный поток, положительное направление которого определяется правилом буравчика (см. рис.1 ).Этот магнитный поток индуцирует в первичной обмотке ЭДС самоиндукции e_L1 (на рисунке не показана) и во вторичной обмотке — ЭДС взаимной индукции е_M2 (на рисунке не показана).

После замыкания цепи вторичной обмотки под действием ЭДС взаимной индукции е_M2 в приемнике с сопротивлением нагрузки R₂ возникнет ток i₂.

Для указанных на рис.1 направлений намотки первичной и вторичной обмоток и выбранных положительных направлений.

Для указанных на рис.1 направлений намотки первичной и вторичной обмоток и выбранных положительных направлений токов i₁ и i₂ МДС, равная i₂w₂, возбуждает в магнитопроводе поток, направленный навстречу магнитному потоку от действия МДС, равной i_{w₁.

Следовательно, первичная и вторичная обмотки рассматриваемого трансформатора включены встречно, что условно обозначается разметкой выводов обмоток (рис.1). Суммарная МДС первичной и вторичной обмоток равна i_iw_l - i₂w₂. Эта МДС возбуждает в магнитопроводе общий магнитный поток Ф. Кроме того, при анализе работы трансформатора нужно учесть потокосцепления рассеяния первичной 4^, и вторичной обмоток, которые пропорциональны соответственно токам i₁ и i₂.

На рис.1 показана схема замещения трансформатора с активными сопротивлениями первичной R_В1 и вторичной R_В2 обмоток и их индуктивностями рассеяния L_рас1= Ψ_pacl/i₁ и L_pzc2 = Ψ_pac2/i₂

Трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого не имеют активных сопротивлений и потокосцеплений рассеяния, называется идеализированным трансформатором. На рис.1 идеализированный трансформатор выделен штриховой линией.

Положительные направления ЭДС е_у и тока i₁ в его первичной обмотке совпадают, как и у катушки (рис.1), в которую превращается трансформатор при разомкнутой цепи вторичной обмотки.

Так как ЭДС в первичной е₁=-w₁ dΦ/dt и вторичной е₂=-w₂ dΦ/dt обмотках трансформатора индуцируются одним и тем же магнитным потоком Ф в магнитопроводе, то положительные направления этих ЭДС относительно одноименных выводов обеих обмоток одинаковые.

Различают несколько режимов работы трансформатора, имеющего номинальную полную мощность S_ном= S_lном= I_1ном U_1ном

• номинальный режим, т.е. режим при номинальных значениях напряжения U_x = U_ном и тока I₁ = I_1ном первичной обмотки трансформатора;

• рабочий режим, при котором напряжение первичной обмотки близко к номинальному значению или равно ему: U₁=U_ном ток I₁ меньше своего номинального значения I_ном или равен ему и определяется нагрузкой трансформатора, т.е. током I₂;

• режим холостого хода, т.е. режим ненагруженного трансформатора, при котором цепь вторичной обмотки разомкнута (I₂ = 0) или подключена к приемнику с очень большим сопротивлением нагрузки (например, к вольтметру);

• режим короткого замыкания трансформатора, при котором его вторичная обмотка коротко замкнута (U₂ = 0) или подключена к приемнику с очень малым сопротивлением нагрузки (например, к амперметру).

Режимы холостого хода и короткого замыкания специально создаются при испытании трансформатора.

Цель работы.

• Изучение устройства и принципа действия однофазного трансформатора.

• Изучение схемы замещения трансформатора и определение ее параметров.

• Изучение влияния характера нагрузки на внешнюю характеристику и к.п.д. трансформатора.

Порядок выполнения лабораторной работы.

Проведение опыта холостого хода и короткого замыкания трансформатора.

1. Собрать схему, приведенную на рисунке 10.1 для проведения опыта х.х.

Рисунок 10.1

2. Перед включением стенда убедится, что все переключатели находятся в начальном положении (выключены).