Принцип действия трансформатора. Однофазный трансформатор

Лабораторная работа №4

Однофазный трансформатор

Цель работы. Изучение режимов работы однофазного трансформатора.

Приборы и оборудование: однофазный трансформатор, два амперметра, электронный вольтметр, ваттметр, нагрузочный реостат, источник питания В-24.

Краткая теория.

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, служащий для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в энергию переменного тока другого напряжения при неизменной частоте тока.

Трансформаторы используются для преобразования электрической энергии при передаче ее на расстояния. На электростанции электрическая энергия вырабатывается посредством синхронных генераторов напряжением от 6 до 35 кВ. При передаче такого напряжения на большие расстояния будут большие потери мощности в ЛЭП. Эти потери пропорциональны квадрату тока. Для уменьшения потерь уменьшают силу тока за счет увеличения напряжения. Поэтому на выходе электрической станции устанавливают трансформаторные подстанции, на которых напряжение повышается до величины 750–1150 кВ. Перед населенными пунктами устанавливают понижающие трансформаторные подстанции.

Трансформаторы используются также во вторичных источниках электропитания, в различных электронных схемах.

Принцип действия трансформатора

Трансформатор выполнен на базе замкнутого магнитопровода, собранного из листов электротехнической стали. На магнитопроводе имеются обмотки. Трансформатор обычно имеет одну первичную и одну или несколько вторичных обмоток (рис. 1).

Под действием напряжения, приложенного к первичной обмотке, в ней протекает ток I₁, создающий основной магнитный поток Ф₀, замыкающийся по магнитопроводу. Кроме основного, возникает еще магнитный поток рассеяния Ф_S1, замыкающийся по воздуху.

Рис. 1.

Произведение I₁w₁(w₁, w₂– число витков первичной и вторичной обмоток соответственно) является намагничивающей силой первичной обмотки, определяющей величину магнитного потока Ф₁.

Таким образом,

(1)

Магнитный поток рассеяния в режиме холостого хода составляет всего 0,25% от основного потока, поэтому им можно пренебречь и считать, что

(2)

Основной магнитный поток Ф₁наводит ЭДС самоиндукции в первичной обмотке Е₁и ЭДС взаимоиндукции Е₂во вторичной обмотке:

(3) (4)

Напряжение, подводимое к первичной обмотке, уравновешивается ЭДС Е₁и падением напряжения в этой обмотке.

(5)

где Z₁– полное сопротивление первичной обмотки.

Коэффициент трансформации

(6)

Трансформатор может работать либо в режиме холостого хода, когда вторичная обмотка разомкнута, либо в нагруженном режиме, когда ко вторичной обмотке подключена нагрузка.