VIII. Лабораторная работа № 8. Исследование однофазного трансформатора

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследования рабочих режимов, режима холостого хода, внешней характеристики однофазного трансформатора

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Общие положения и определения

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения той же частоты.

На рис. 74 показана принципиальная схема трансформатора.

Рисунок 74. Принципиальная схема трансформатора

На замкнутом ферромагнитном сердечнике расположены две обмотки с числами витков и . Первичная обмотка подключена к источнику питания с синусоидальным напряжением , а вторичная – замкнута на нагрузочное сопротивление . Все величины, относящиеся к этим обмоткам (токи, ЭДС, и т. д) называются соответственно первичными и вторичными.

Первичный ток создаёт магнитный поток , основная часть которого замыкается по сердечнику трансформатора и индуктирует в его обмотках электродвижущие силы и . Другая, значительно меньшая часть магнитного потока сцеплена с первичной обмоткой и замыкается преимущественно по воздуху.

При замкнутой вторичной цепи трансформатора ток во второй обмотке создаёт собственный магнитный поток , основная часть которого замыкается по сердечнику, а меньшая часть - в основном по воздуху.

Результирующий магнитный поток при выбранных положительных направлениях токов определяется векторной суммой потоков и .

ЭДС в обмотках трансформатора и определяется результирующим магнитным потоком:

,

,

где: - амплитуда результирующего магнитного потока,

- частота питающего напряжения.

Уравнение электрического равновесия первичной и вторичной цепей трансформатора имеет вид:

, (8.1)

, (8.2)

где: и – активное сопротивление первичной и вторичной обмоток,

и – индуктивное сопротивление рассеяния первичной и вторичной обмоток.

По правилу Ленца магнитный поток , созданный током направлен навстречу потоку . Однако результирующий магнитный поток практически не зависит от величины потока (тока ). Действительно, падение напряжения в первичной обмотке () мало по сравнению с напряжением и с достаточной точностью можно считать . Это равенство означает, что при постоянстве напряжения результирующий поток практически не зависит от режима работы трансформатора (тока ).

Размагничивающее действие тока (потока ) компенсируется в трансформаторе соответствующими изменениями первичного тока .

При увеличении нагрузки (тока ) результирующий магнитный поток и ЭДС уменьшается, что в соответствии с уравнением (8.1) приводит к росту тока и увеличению магнитного потока до величины, что результирующий магнитный поток и ЭДС восстанавливаются практически до прежнего значения.

Трансформатор характеризуется номинальными данными:

· первичными и вторичными напряжениями и токами , , , ;

· мощностью ;

· частотой ƒ;

· относительным напряжением короткого замыкания ;

· мощностью потерь холостого хода ;

· мощностью потерь короткого замыкания при номинальных токах в обмотках.