Основные теоретические положения. Трансформатор – это статический аппарат, в котором электромагнитным путем производится преобразование энергии переменного тока по напряжению

Трансформатор – это статический аппарат, в котором электромагнитным путем производится преобразование энергии переменного тока по напряжению. Основные части силового трансформатора промышленной частоты – это стальной замкнутый сердечник и обмотки, находящиеся на стержнях сердечника: первичная, в которую направляется энергия, и вторичная, с которой энергия поступает в нагрузку.

В результате изменения напряжения в трансформаторах осуществляется возможность передачи энергии на большие расстояния с относительно малыми потерями и получение необходимых напряжений для любого электротехнического оборудования.

Степень преобразования напряжения трансформатором характеризуется коэффициентом трансформации, который выражает отношение электродвижущих сил обмоток высокого напряжения к эдс обмоток низшего напряжения, т. е. отношение напряжений при холостом ходе.

Для определения основных параметров трансформаторы подвергают испытанию. Имеется несколько испытательных режимов.

1. Опыт холостого хода.Холостым ходом трансформатора называется такой режим его работы, при котором первичная обмотка включена на номинальное напряжение , а вторичная обмотка разомкнута (рис. 10.1).

Рис. 10.1. Схема опыта холостого хода

Режим холостого хода позволяет опытным путем установить следующие характерные для трансформатора величины: а) коэффициент трансформации; б) ток холостого хода; в) потери мощности в стали.

Коэффициент трансформации трансформатора

,

где и – число витков обмоток.

Мощность определяет затраты энергии в пределах трансформатора. Она приблизительно равна потерям в стали, поскольку потери в стали независимы от нагрузки трансформатора, так как при работе трансформатора магнитный поток почти не меняется. Поэтому при любой нагрузке.

При холостом ходе . Коэффициент мощности нагруженного трансформатора в основном зависит от коэффициента мощности нагрузки. При холостом ходе обычно не превышает 0,2…0,3.

2. Опыт короткого замыкания.Короткое замыкание трансформатора – испытательный режим, при котором вторичная обмотка замкнута накоротко, а в первичную включено такое пониженное напряжение, чтобы ток первичной обмотки был равен номинальному (рис. 10.2). Это напряжение, называемое напряжением короткого замыкания, является одной из постоянных, характеризующих трансформатор. Обычно оно составляет 5…10 % номинального напряжения.

Рис. 10.2. Схема опыта короткого замыкания

Потери в обмотках трансформатора определяются с помощью опыта короткого замыкания.

Мощность, затраченная при коротком замыкании, почти целиком расходуется на нагревание обмоток трансформатора. По мощности потерь при коротком замыкании можно рассчитать потери в обмотках при любой нагрузке трансформатора. Для этого потери при замыкании относят к току только первичной обмотки и некоторому условному сопротивлению , выражающему пропорциональность между током и мощностью:

; .

Тогда потери в обмотках, или потери в меди , при любой нагрузке находятся из значения тока первичной обмотки: .

Также потери в меди можно определить, используя коэффициент загрузки

; .

Коэффициент полезного действия трансформатора рассчитывается из соотношения мощностей, приложенных ко вторичной и первичной обмоткам:

,

где – потери мощности в трансформаторе.

3. Рабочий режим.Рабочий режим – это режим работы трансформатора под нагрузкой. В качестве нагрузки используется ламповый реостат (активная нагрузка). Постепенным увеличением числа включенных ламп доводят нагрузку до номинальной и снимают показания приборов в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

Порядок выполнения работы

1. Собрать рабочую схему для исследования однофазного трансформатора (рис. 10.3).

Рис. 10.3. Схема опытного определения параметров трансформатора

2. Записать номинальные данные из паспорта трансформатора: , , , .

3. Произвести опыт холостого хода. Для этого отключить все лампы, подать питание на схему 220 В. Показания всех приборов записать в табл. 10.1.

Таблица 10.1

Опыт холостого хода*

Измерено	Вычислено
, В	, А	, Вт	, В		, Ом	, Ом	, Ом		, град

* ; ; ; ; ; .

4. Исследовать работу трансформатора при различных значениях активной нагрузки. Для этого установить напряжение на первичной обмотке трансформатора 220 В. Включением ламп довести нагрузку до номинальной и выполнить 5…6 измерений. Показания приборов записать в табл. 10.2.

Таблица 10.2

Рабочий режим трансформатора*

№ опыта	Измерено	Вычислено
, В	, А	, Вт	, В	, А		, Вт	, Вт	, Вт		, %

* ; ; ; ; ; .

5. Произвести опыт короткого замыкания. Для этого обесточить систему, зажимы лампы замкнуть накоротко, заменить вольтметр V1 на вольтметр с пределом 15 В, питание трансформатора перевести на источник 15 В. Показания всех приборов записать в табл. 10.3.

Таблица 10.3

Опыт короткого замыкания*

Измерено	Вычислено
, В	, А	, Вт	, В	, Ом	, Ом	, Ом		, град

* ; ; ; ; .

Для проведения опыта короткого замыкания необходимо, обесточив стенд, закоротить проводником нагрузку, установить в первичной обмотке ток короткого замыкания 5 А.

6. На основании расчетов построить в одних координатах графические зависимости: внешнюю характеристику ; ; и .

7. Сформулировать выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Каково устройство, принцип действия и область применения трансформаторов?

2. Почему трансформаторы применяются только в цепях переменного тока?

3. В чем состоит опыт холостого хода трансформатора?

4. Что может быть определено из опыта холостого хода?

5. Что показывает кпд трансформатора?

6. Как определяют коэффициент трансформации, коэффициент мощности и коэффициент загрузки трансформатора?

7. Что такое потери в трансформаторе, от чего они зависят?

8. Каковы меры борьбы с вихревыми токами в трансформаторе?

Лабораторная работа № 11