Балаковский Институт Техники Технологии и Управления

Кафедра: УИТ

Факультет: вечерне-заочный

Лабораторная работа №1

«Исследование характеристик ферромагнитного преобразователя»

Выполнили:ст.гр УИТ42в

Трехглазов И.

Безрукова Е.

Семенова И.

Секерина А.

Принял: Токарев А.Н.

Балаково 2003 г.

Цель работы : ознакомление с принципом действия и устройством ферромагнитного преобразователя, экспериментальное получение основных технических характеристик, расчет схемы замещения передаточной функции.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Под ферромагнитными преобразователями подразумевают не имеющие подвижных частей преобразователи энергетической энергии, и которых связь выхода и входа осуществляется через электромагнитное поле. Наиболее простым ферромагнитным преобразователем является трансформатор, который широко применяется в блоках электро­питания устройств автоматики. вычислительной техники, в измери­тельных приборах, связи.

Принцип действия однофазного двух обмоточного трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Состоит из замкнутого ферромагнитного сердечника и двух обмоток. Одна из обмоток - первичная подключается к источнику переменного тока с напряжением U и частотой f (рис.1). Переменный ток, проходящий по виткам этой обмотки, создает ЭДС, которая наводит в магнитопроводе трансформатора переменный магнитный поток Ф, замыкаясь в магнитопроводе, этот поток сцепляется с витками обмоток трансформатора и индицирует соответственно в первичной W1 и вторичной W2 обмотке ЭДС:

I₁= -W₁dФ/dt

I₂= -W₂dФ/dt

Если магнитный поток трансформатора - синусоидальная функция времени

Ф = Ф_махsinwt. изменяющаяся с угловой скоростью - w=2pf, то дейсвующие значения ЭДС первичной и вторичной обмоток:

E₁ = 4.44fW₁Ф_max

E₂ = 4.44fW₂Ф_max

Г_н^’ » Г_н I₂² / I₁² » Г_нK²

т.е. оно изменяется в К² раз по сравнению с сопротивлением Г_н. Это свойство трансформаторов используется в межкаскадных трансформаторах для согласования входного сопротивления какого-либо каскада (блока) с выходным сопротивлением последующего каскада (блока). Если не считать явлений насыщения стали и полагать, что

нагрузочный ток I₂, мал. Пренебрегая потоками рассеяния, имеем

где

Т.о. при сделанных допущениях Т является дифференцированным звеном, т.е. выполняет роль корректирующего элемента.

Однако, как для всякого дифференцирующего звена, эффект дифференцирования наблюдается только при небольших частотах. Если частота входного напряжения достаточно велика, то после замены р на jw единицей в знаменателе можно пренебречь, т.о

В этом случае Т является пропорциональным звеном с передаточным коэффициентом К.

ТЕХНИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА

Лабораторная установка включает: испытуемый трансформатор Тр; Лабораторный трансформатор (ЛАТр) с регулируемым выходным напряжением: лабораторный стенд с электроизмерительными приборами, регулировочный Rр и нагрузочные реостаты Rн.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с устройством и техническими данными испыту­емого Тр. Определить номинальные точки первичной и вторичной обмоток Тр. За номинальные напряжения принимаются напряжения при х.х. Номинальные токи обмоток I_1н=S_н/U_1н, I_2н=S_н/U_2н. Техни­ческие данные записать в таблицу 1.

Таблица 1.

Sн, ВА	U1н, В	U2н, В	I1н, А	I2н, А

2. Провести опыт х.х., собрав схему (рис.1), с помощью ЛАТра установить напряжение, подводимое к первичной обмотке, U_1н - 220 В,. Произвести измерения и результаты записать в

таблицу 2.

Таблица 2.

Измерено				Вычислено
U1, В	U20, В	I0, А	Р0, Вт	К	I0, %	cosj	Р0, Вт	Гm, Ом	Хm, Ом
220	17,2	0,04	8,8	12,791		0,975	8,8	5500	5500

В режиме холостого хода трансформатора (рис.1), когда ток во вторичной обмотке отсутствуют, напряжение на выходах вторичной обмотки равно ЭДС вторичной обмотки Е₂ = U₂0, а ЭДС первичной незначительно отличается от первичного напряжения, этой раз­ницей можно пренебречь Е₁ » U₁.

Если на выводы вторичной обмотки трансформатора подключить нагрузку сопротивлением Zн. то в обмотке появится ток нагрузки I₂. При этом мощность на выходе трансформатора определяется произведением вторичного напряжения U₂ на ток нагрузки I₂. С некоторым приближением можно принять мощности на входе и выходе трансформатора одинаковыми, т.е. I₁U₁ = I₂U₂. Из этого следует, что отношение токов в обмотках трансформатора обратно пропорционально отношению напряжений:

I₁/I₂ = U₂ /U₁» 1/K

где К - коэффициент трансформации, который определяется следующим образом:

K = E₁ /E₂ = W₁ /W₂= U₁ /U₂0

Если на выводы вторичной обмотки трансформатора подключить нагрузку сопротивлением Гн то, так как мощности на входе Р₁= I₁² Г_н^’ и выходе Р₂ = I₂² Г_н трансформатора приблизительно равны. Из уравнения:

I₁² Г_н^’= I₂² Г_н

определяется сопротивление нагрузки измеренное на выходах первичной обмотки.

3.Провести опыт короткого замыкания трансформатора:

- установить рукоятку ЛАТра в положение при котором его выходное напряжение равно 0; ползунок регулировочного реостата установить в среднем положении;

• собрать схему (рис.2):

- включить схему и, увеличивая напряжение U₁, установить такое его значение, при котором по первичной обмотке будет протекать номинальный ток I₁ =I_1н, коррекция напряжения на первичной обмотке испытуемого Тр производится с помощью реостата Rр;

- произвести измерения, результаты измерений и вычислений записать в таблицу 3.

Таблица 3

Измерено			Вычислено
U1, В	I1, А	Рк, Вт	Uк, %	Р1, Вт	cosj	Zk, Ом	Гk, Ом	Хm, Ом
195	0,25	48,75	88,636		0,54	780	780	1103

4. Провести опыт нагрузки Тр, собрав схему (рис.3).

При отключении нагрузки установить на первичной обмотке Тр номинальное напряжение

U₁-U_1н = 220 В, затем замкнуть вторичную обмотку на нагрузочный реостат и записать показания приборов при следующих: значениях коэффициента нагрузки b= I₂/ I_2н: 0; 0.25; 0.5,0.75; 1; 1.25. Результаты измерений свести б таблицу 4.

Таблица 4.

b	0	0,25	0,5	0,75
U1, B	16,8	16	15,8	15,4
I1, A	220	220	220	220
I2, A	0,18	0,3	0,35	0,47

обработка результатов ЭКСПЕРИМЕНТА

1. В опыте х.х." к первичной обмотке Тр подводится номиналь­ное напряжение U_1н, а вторичная обмотка разомкнута. При этом I₂ =0, напряжение на зажимах вторичной обмотки U₂0= Ео. а по перви­чной протекает ток х.х., составляющий 3-10 % от номинального. Ко­эффициент трансформации К = U_1н / U₂о.

При работе Тр в режиме х.х. мощность, подводимая к Тр, расходуется в нем на потери в стали (на гистерезис и вихревые токи) и на электрические потери в проводниках первичной обмотки.

Электрические потери первичной обмотки I₀²Г₁ малы, поэтому можно принять Ро - Рс. Коэффициент мощности при х.-х. определяется следующим образом:

cosj₀= P₀/[ U_1н I₀]

2. В опыте к.з. вторичная обмотка замкнута накоротко. К пер­вичной обмотке подводится U_k. величина которого выражается в про­центах от номинального:

Коэффициент мощности в опыте к.з.:

В опыте к.з. практически вся потребляемая мощность расходуется на электрические потери в проводниках обмотки, т.к. потери в стали пренебрежимо малы: Рэл = Рк.

3. По данным опыта х.х. определяются параметры ветви намагничивания схемы замещения Тр. Полное, активное, индуктивное соп­ротивление схемы замещения при холостом ходе

где Г₀= Г₁+ Г_: X₀= X₁+ X_

Так как в Тр Г₁<< Г_ и Х₁< <Х_, то с достаточной степенью точности можно принять Г_ = Г_о; Хо = X_

Из опыта к.з. определяются параметры схемы замещения:

где Г_k= Г₁+ Г₂: X_k= X₁+ X₂

4. Построить Т-образную схему замещения Тр, приняв Г₁ = Г₂' - Г_к/2; X₁= X₂' - Х_к/2.

5. Построить внешнюю характеристику Тр U₂₌f(I₂) при U₁ -const. Изменение вторичного напряжения определяется:

6. Построить зависимость КПД Тр, от коэффициента нагрузки

Если учесть, что мощность Р₂ = S_нcos₂ , пропорциональна току, то

U₂

I₂

Вывод: с помощью этой лабораторной работы ознакомились с принципом действия, устройством ферромагнитного преобразователя, экспериментально получили основные технические характеристики.