Физика / Лабораторная работа: Дослідження однофазного трансформатора

Лабораторная работа: Дослідження однофазного трансформатора

Вивчити будову і дослідити роботу трансформатора в режимах холостого ходу, короткого замикання і під навантаженням.

13.2 Теоретичні положення

Трансформатор - це статичний електромагнітний апарат, який призначений для перетворення однієї - первинної систем змінного струму, в другу-вторинну систем змінного струму, яка має інші характеристики, зокрема, іншу напругу і інший струм.

Механічним аналогом трансформатора може бути редуктор. На рис.13.1 зображені функціональні схеми трансформатора і редуктора.

Рис.13.1.

До трансформатора від джерела електричної енергії підводиться потужність , а трансформатор перетворює її в потужність , якою живляться споживачі. Аналогічний процес має місце і в механічному редукторі, до якого від вала двигуна (джерела механічної енергії) підводиться потужність , редуктор перетворює її в потужність з другими значеннями моменту і кутової швидкості .

В електроенергетиці трансформатор є одним із основних елементів системи електропостачання із-за можливості створювати напруги, які задовільняють потреби різних споживачів.

Місце розташування джерел електричної енергії (теплових, атомних і гідроелектростанцій) не завжди територіально співпадає з розташуванням споживачів. Тому приходиться передавати електричну енергію на значні віддалі. Передача електроенергії здійснюється по лініях електропередач (ЛЕП). При передачі електроенергії по проводах мають місце втрати потужності

, /13.1/

де струм в лінії ; активний опір лінії.

Щоб зменшити втрати , необхідно зменшити силу струму, зберігши величину потужності, що передається, незмінною (). Це можна зробити, збільшивши напругу. Можна зменшити і за рахунок зменшення опору . Зменшення опору вимагає збільшення діаметру проводів, що дуже дорого. Тому передачу електроенергії здійснюють високою напругою.

Електричні станції виробляють енергію напругою 3, 6, 10, 15 і 20 кВ. В залежності від віддалі передачі напругу підвищують до 35, 110, 220, 400, 500 і 800 кВ. Чим більша віддаль, тим більша напруга ЛЕП. Хоча вартість ЛЕП при підвищенні напруги зростає, але економія на втратах енергії перевищує додаткові витрати на спорудження високовольтних ЛЕП.

Масові споживачі енергії виготовляють на напругу 220/380 В, рідше на напруги 600, 3000 і 6000 В. Необхідні напруги для живлення споживачів електроенергії забезпечують трансформатори.

Трансформатор складається із магнітопроводу і двох або, у загальному випадку, декількох обмоток, зв’язаних між собою електромагнітно, а в автотрансформаторах - і електрично.

За кількістю фаз трансформатори поділяються на однофазні , трифазні і багатофазні. Найбільш широко використовуються такі типи трансформаторів:

- силові - для передачі і розподілу електричної енергії ;

- силові спеціального призначення, а саме : пічні, зварювальні, для випрямних установок, автотрансформатори та інші;

- вимірювальні - для підключення вимірювальних приладів .

Номінальною потужністю трансформатора є потужність вторинної обмотки , яка вказана на щитку. Номінальною первинною напругою називається напруга, яка вказана на щитку трансформатора. Номінальною вторинною напругою називається напруга на затискачах вторинної обмотки при холостому ході трансформатора і при номінальній напрузі на первинній обмотці .

Номінальними струмами трансформатора - первинним і вторинним - є струми, які вказані на щитку або які вираховують за номінальними потужностями і напругами.

Незалежно від призначення та конструктивного виконання основні процеси , які відбуваються в трансформаторах, майже однакові . Тому достатньо вивчити будову, принцип дії і характеристики однофазного двообмоточного силового трансформатора .

Будова однофазного двообмоточного трансформатора показана на рис.13.2,а, а умовне позначення - на рис 13.2,б.

Рис.13.2.

Трансформатор складається з феромагнітного магнітопроводу (ярма і осердя) і двох обмоток: високої напруги (ВН) з кількістю витків і низької напруги (НН) з числом витків . Магнітопровід виготовляють із листів електротехнічної сталі товщиною 0,35…0,5 мм, які ізолюють один від одного тонким шаром лаку або іншим ізоляційним матеріалом. Така будова магнітопроводів всіх електромагнітних пристроїв змінного струму зумовлена необхідністю зменшення втрат енергії внаслідок виникнення в магнітопроводі вихрових струмів.

Обмотки трансформатора намотують ізольованим мідним проводом у вигляді котушок, які ізолюють одна від одної і від магнітопроводу. Обмотку НН розміщують на осерді магнітопроводу, а обмотку ВН – концентрично відносно обмотки НН.

До первинної обмотки підводять напругу від джерела живлення, до вторинної – під’єднують споживачів електричної енергії.

Принцип дії трансформатора грунтується на законі електромагнітної індукції. Якщо до первинної обмотки з числом витків прикласти синусоїдну напругу , то в ній буде протікати струм t, який спричинить появу двох магнітних потоків: основного , який замикається по магнітопроводу, і потоку розсіювання , який зв’язаний з первинною обмоткою і який замикається по повітрю.