3 Краткие теоретические сведения

Трансформатор - статическое электромагнитное устройство, имеющее одну или несколько взаимосвязанных обмоток и служащее для преобразования электрической энергии. В большинстве случаев, как и в данной работе, преобразуются только напряжения U₁ ≠ U₂ и токи I₁ ≠ I₂ без изменения частоты тока и числа фаз (рисунок 3.1).

Трансформатор, как электромагнитный преобразователь электрической энергии, находит широкое применение: например, установленная мощность трансформаторов в современных энергетических установках в пять - семь раз превышает установленную мощность генераторов.

Уравнения двухобмоточного трансформатора при синусоидальном приложенном напряжении могут быть представлены в виде:

(3.1)

где w_l, w₂ - числа витков обмоток;

E₁, E₂ - ЭДС, наводимые в первичной и вторичной обмотках и равные соответственно:

(3.2)

где Ф_m – амплитудное значение магнитного потока в сердечнике трансформатора, Вб;

U₁, U₂ – напряжение на зажимах первичной и вторичной обмотках трансформатора, В;

I₁, I₂ – токи в первичной и вторичной обмотках трансформатора, А;

R₁, R₂, X_σ1, X_σ2, Z₁, Z₂ – активные, индуктивные сопротивления рассеяния и полные сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора, Ом.

Полные сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора равны:

(3.3)

Из уравнений (3.2) коэффициенты трансформации:

(3.4)

где Е_ВН, w_ВН, U_ВН, I_ВН – ЕДС, число витков, напряжение и ток в обмотке высшего напряжения (ВН);

Е_НН, w_НН, U_НН, I_НН – ЕДС, число витков, напряжение и ток в обмотке низшего напряжения (НН).

Для упрощения описания электромагнитных процессов в трансформаторах пользуются приведёнными величинами, которые являются параметрами схемы замещения:

(3.5)

Уравнения приведённого трансформатора, в соответствии с уравнением (3.1) запишутся в виде:

(3.6)

По уравнениям (3.6) строится схема замещения трансформатора (рисунок 3.1)

Рисунок 3.1 Схема замещения трансформатора

По известным параметрам схемы замещения и коэффициента трансформации можно определить все электромагнитные параметры трансформатора при любой нагрузке.

Экспериментальное определение параметров схемы замещения трансформатора и значений потерь мощности в магнитопроводе и в обмотках выполняется с помощью опытов холостого хода (ХХ) и короткого замыкания (КЗ).

4 Описание лабораторной установки и порядок выполнения работы

Лабораторная установка (рисунок 4.1) состоит из лабораторного автотрансформатора TV1, служащего для изменения напряжения на первичной обмотке испытуемого понижающего трансформатора TV2 (S_Н=250 ВА, U_1Н= 220 В, U_2Н= 39 В); амперметров РА1 и РА2, предназначенных для измерения силы тока в первичной и вторичной обмотках трансформатора TV2; вольтметров РV1 и РV2, служащих для измерения напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора TV2; ваттметра РW1, служащего для измерения мощности в первичной обмотке (потребляемой мощности) трансформатора TV2; однополюсных переключателей SА1, служащего для включения нагрузки, и SА2, служащего для реализации короткого замыкания в цепи вторичной обмотки.

В ходе выполнения работы производится определение характеристик трансформатора и определение параметров схемы замещения.

Для исследования трансформатора необходимо собрать схему лабораторной установки, представленной на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 Схема для лабораторного исследования трансформатора

До начала снятия характеристик необходимо записать номинальные напряжения и мощность исследуемого трансформатора: S_Н, U_1Н, U_2Н, и рассчитать номинальные токи I_1Н, I_2Н. На рисунке 4.1 обмотка высшего напряжения исследуемого трансформатора TV2 схематично показана с большим числом витков.