justify">     Поскольку приложенное к первичной обмотке  напряжение u₁ практически полностью уравновешивается индуктируемой в этой обмотке ЭДС e₁, можно считать, что действующее значение данного напряжения 

     Напряжение  на вторичной обмотке u₂ является следствием индуктируемой в ней ЭДС е₂, поэтому можно записать выражение для действующего значения этого напряжения в виде 

     Максимальное значение магнитного потока определяется действующим значением приложенного напряжения U₁ и не зависит от режима работы трансформатора, т.е. при неизменном приложенном напряжении магнитный поток остается неизменным на всех режимах работы — от холостого хода до номинальной нагрузки

     Отношение действующих значений напряжений определяется отношением числа витков обмоток, т.е. является постоянным. Это отношение получило название коэффициента трансформации

                                                           

     Если  первичное напряжение трансформатора выше вторичного, т.е. n > 1, то такой трансформатор называется понижающим. Если же вторичное напряжение выше первичного (n < 1), то такой трансформатор называется повышающим.

     Трансформатор относится к устройствам с  высоким коэффициентом полезного действия, значение которого лежит в диапазоне от 0,85 у трансформаторов малой мощности до 0,99 у мощных трансформаторов. Чтобы понять причины снижения КПД, обратимся к энергетической диаграмме (рис. 1.1, в).

     Основными потерями в трансформаторе являются электрические (Р_эл1 + Р_эл2) и магнитные (Р_м) потери. Отсюда КПД трансформатора 

     Основными характеристиками трансформатора являются:

• характеристика холостого хода;
• характеристика короткого замыкания;
• внешняя характеристика.

     В опыте холостого хода к первичной обмотке подводится номинальное напряжение, а вторичные обмотки трансформатора разомкнуты.

     Именно  опыт холостого хода позволяет определить коэффициент трансформации n = U₁/U₂, вычислить магнитный потока и магнитную индукцию B_max =  в сердечнике с площадью сечения S. Кроме того, если на сердечнике трансформатора разместить известное число витков дополнительной обмотки W_доп, то несложно вычислить число витков всех остальных обмоток: 

     Если  измерить с помощью ваттметра  потери в электрической цепи на холостом ходу, то они будут соответствовать магнитным потерям Р_м. Это объясняется тем, что ток холостого хода мал и не нагревает обмотку, а вот магнитный поток номинален.

     Опыт  короткого замыкания проводится при пониженном напряжении на первичной обмотке и закороченной вторичной. При этом подводимое напряжение должно быть таким, чтобы токи в обмотках были номинальными. Поскольку токи номинальны, то номинальны электрические потери Р_эл1 + Р_эл2, а магнитные потери малы, так как магнитный поток при пониженном напряжении на первичной обмотке мал. Следовательно, ваттметр, включенный в первичную обмотку, покажет величину электрических потерь.

     Таким образом, опыты холостого хода и  короткого замыкания позволяют вычислить коэффициент трансформации, число витков обмоток, значения магнитного потока и магнитной индукции, а также коэффициент полезного действия трансформатора.

     Внешняя характеристика U₂(I₂) отражает зависимость напряжения на вторичной обмотке U₂ от тока нагрузки I₂ при неизменном номинальном напряжении на первичной обмотке U₁ = const. По внешней характеристике может быть определено изменение напряжения ΔU% при номинальной нагрузке по отношению к напряжению при холостом ходе:

     ,

     где - напряжение на вторичной обмотке соответственно при холостом ходе и при номинальной нагрузке.

Приборы и оборудование

     Объектом  испытаний является однофазный трехобмоточный трансформатор. С помощью проводников со штекерами обмотки трансформатора могут быть подключены через измерительные приборы к источнику питания и нагрузке. Измерительные приборы — щитовые приборы переменного тока.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с краткими теоретическими сведениями по данной теме. Подготовить в рабочей тетради протокол испытаний.
2. В соответствии с данными таблицы 1.1 для своего варианта вычислить количество витков первичной и вторичной обмоток, коэффициент трансформации и максимальное значение магнитного потока. Формулы и результаты вычислений занести в протокол испытаний.

                      Таблица 1.1

 

3. Ознакомиться  с помощью демонстрационного  макета с конструкцией трансформатора, определить измерительные приборы, которые следует использовать в процессе испытаний.

Занести в протокол испытаний паспортные данные трансформатора

     Тип…

     Напряжение  на первичной обмотке U₁...

     Номинальный ток нагрузки I_ном…

     Число витков дополнительной обмотки W_доп…

     Площадь сечения сердечника S…

4. Провести опыт холостого хода. Для этого собрать схему ЭЦ (рис. 1.2).

     Рис. 1.2  Схема ЭЦ для проведения опыта холостого хода трансформатора

     После проверки схемы преподавателем подать напряжение и снять показания  всех приборов. Данные измерений занести в таблицу 1.2.

     Таблица 1.2

 

5.    Снять внешнюю характеристику трансформатора U₂(I₂), для чего собрать схему ЭЦ (рис.1.3).

      

     Рис. 1.3 Схема ЭЦ для снятия внешней характеристики трансформатора

     После проверки схемы преподавателем подать напряжение снять Показания приборов для 5...6 точек. Данные измерений занести в таблицу 1.3:

                         

     Таблица 1.3

 

6. После согласования протокола испытаний с преподавателем разобрать ЭЦ, проводники и приборы сдать лаборанту, рабочее место привести в порядок.
7. На основании данных табл. 2 вычислить число витков первичной и вторичной обмоток, коэффициент трансформации и максимальное значение магнитного потока. Результаты занести в табл. 2.
8. Основные формулы для расчета:

; 

; 

. 

9. На основании  данных табл. 3 построить внешнюю характеристику и определить изменение напряжения в процентах при номинальной нагрузке.
10. Сделать краткие выводы о проделанной работе, составить отчет.

     Контрольные вопросы

1. Какой принцип положен в основу работы трансформатора?
2. Из каких основных частей состоит трансформатор?
3. Из какого материала изготовляется сердечник трансформатора?
4. Почему сердечник трансформатора изготовляется из тонких электрически изолированных друг от друга пластин?
5. Что такое коэффициент трансформации и как он определяется?
6. Что такое повышающий (понижающий) трансформатор?
7. Что называется внешней характеристикой трансформатора?

 

     ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2

 

     Исследование  генератора постоянного тока

     Цель  работы. Изучить конструкцию машины постоянного тока. Снять внешнюю характеристику генератора.

     Краткие теоретические сведения

     Общие сведения о генераторах постоянного тока. Генераторы — это электрические машины, преобразующие механическую энергию в электрическую.

     Электрические машины постоянного тока, работающие в режиме генератора, являются основным источником электрической энергии постоянного тока. Наряду с обязательными для любой электрической машины статором и ротором, машина постоянного тока имеет особое устройство — коллектор.

     Статор  — неподвижная часть машины постоянного тока — выполняется в виде полого цилиндра из ферромагнитного материала, на внутренней поверхности которого располагаются явно-выраженные полюса с обмоткой. Обмотка питается постоянным током и создает между полюсами постоянное магнитное поле. Если в это поле поместить рамку и вращать ее любым приводом, то в ней в соответствии с законом электромагнитной индукции будет наводиться переменная ЭДС, значение которой зависит от магнитного потока Ф, частоты вращения рамки п и коэффициента с_е, определяемого конструктивными параметрами рамки (длина рамки, число витков и т.д.):

     Е = с_еФп.

     Ротор (или якорь) — вращающаяся часть машины — является устройством, на котором размешаются рамки, выполненные в виде обмотки. Ротор имеет цилиндрическую форму и изготовляется из тонких штампованных пластин электротехнической стали с пазами на внешней поверхности, в которые укладываются обмотки, выполненные из медного изолированного провода.

      Коллектор, располагаемый на одной оси с ротором, выполняется, как правило, в виде цилиндра с медными изолированными друг от друга пластинами на его поверхности. Концы каждой рамки соединены с диаметрально противоположными пластинами коллектора. Отсюда число коллекторных пластин равно удвоенному числу рамок. При вращении ротора по пластинам коллектора скользят неподвижные щетки, с которых снимается пульсирующее напряжение.

     Чем большее количество рамок размещается  на роторе, тем меньше коэффициент  пульсации выходного напряжения. Уже при восьми рамках он составляет всего лишь около 3%.