Лабораторная работа: Дослідження однофазного трансформатора

, /13.3/

де і амплітудні значення е.р.с. первинної і вторинної обмоток. Ці е.р.с. відстають від потоку на кут .

Відношення називається коефіцієнтом трансформації трансформатора.

Дія магнітного потоку розсіювання на первинну обмотку кількісно оцінюється сталим індуктивним опором .

Якщо до вторинної обмотки підключити навантаження з опором , то в ній буде протікати струм , який згідно з законом Ленца створить магнітний потік , який буде протидіяти основному магнітному потоку .

Розмагнічуюча дія магнітного потоку вторинної обмотки спричиняє збільшення струму у первинній обмотці настільки, щоб основний магнітний потік трансформатора залишався сталим за амплітудою , що еквівалентно , де струм в первинній обмотці.

Для спрощення розрахунків і побудови векторної діаграми трансформатора е.р.с., напругу, струм і опори вторинної обмотки зводять до первинної за формулами:

. /13.4/

За цих умов рівняння однофазного трансформатора матимуть вигляд :

/13.5/

де r1 i r’2 - відповідно активний опір первинної і зведений активний опір вторинної обмотки; - зведений індуктивний опір вторинної обмотки ; - струм намагнічування /холостого ходу/ трансформатора .

Рис.13.3.

Системі рівнянь /13.5/ відповідає заступна схема трансформатора, яка наведена на рис.13.3.

Щоб краще з’ясувати співвідношення між синусоїдними величинами, які входять до системи рівнянь /13.5/, необхідно вміти будувати векторну діаграму трансформатора. Для цього рівняння трансформатора /13.5/ представляють у векторній формі:

/13.6/

.

При побудові векторної діаграми всі вектори орієнтують відносно вектора, який зображає основний магнітний потік трансформатора /рис.13.4/. Вектори е.р.с. і , які індукуються потоком , рівні за величиною і відстають від нього на кут . Вектор намагнічуючого струму із-за втрат в сталі осердя випереджує вектор на кут магнітного запізнення

, /13.7/

де - втрати в сталі, які визначають на підставі досліду холостого ходу.

Рис.13.4

Знаючи ,опори вторинної обмотки і опір зовнішнього кола , можна знайти струм і побудувати вектор , який буде зсунутий відносно вектора на кут . Побудувавши вектори і , знаходять вектор . Побудову векторів і виконують на підставі рівнянь первинної і вторинної обмоток . Із рівняння первинної обмотки видно, що має три складові : , яка зрівноважує е.р.с. і яку зображають вектором , рівним і протилежним вектору ; складову , яка випереджує вектор на кут , і складову , яка співпадає за напрямком з . Геометрична сума цих векторів дає вектор .

Аналогічно будують вектор , віднімаючи від вектора вектор , який перпендикулярний до вектора , і вектор ,паралельний йому , як це показано на рис.13.4. Вектор зображає напругу вторинної обмотки трансформатора.

Із діаграми видно, що струм вторинної обмотки , визначає величину струму первинної обмотки , бо струм намагнічування можна вважати величиною сталою. Крім того, при зміні характеру навантаження змінюється і відповідно змінюється коефіцієнт потужності кола первинної обмотки . Отже, при зміні навантаження на виході трансформатора змінюється потужність, яку споживає трансформатор з мережі живлення, тобто трансформатор здійснює перетворення енергії напругою в енергію напругою і ці синусоїдні напруги зміщені в часі на кут, дещо більший при активно-індуктивному навантаженні і дещо менший при активно-ємнісному.

При перетворенні первинної системи змінного струму у вторинну мають місце втрати енергії як в магнітопроводі, так і в обмотках трансформатора. Ці втрати визначають величину коефіцієнта корисної дії.