Общие сведения. Трансформатор представляет собой статическое (т.е

Трансформатор представляет собой статическое (т.е. без подвижных частей) устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в ток другого напряжения той же частоты. Он состоит из замкнутого магнитопровода, на котором расположены две или более катушки (обмотки). В двухобмоточном трансформаторе к одной из обмоток (первичной) подводится напряжение от источника питания, к другой (вторичной) подключается нагрузка. Если числа витков этих катушек соответственно w ₁ и w ₂, то их отношение называется коэффициентом трансформации (K _Т). На холостом ходу (при разомкнутой вторичной обмотке) это отношение равно также отношению напряжений на первичной и вторичной обмотках. При коротком замыкании вторичной обмотки оно равно обратному отношению токов в обмотках. Таким образом:

,

где U _1X и U _2X – первичное и вторичное напряжения холостого хода, а I ₁ и I ₂ – первичный и вторичный токи короткого замыкания.

Если w ₁> w ₂, то трансформатор называется понижающим, так как он понижает напряжение (U ₂< U ₁), если же w ₁< w ₂, то повышающим.

Испытания трансформатора обычно включают три опыта: опыт холостого хода (ХХ), опыт короткого замыкания (КЗ) и снятие нагрузочной (внешней) характеристики U ₂(I ₂). Схемы этих опытов показаны на рис. 24.1а, б и в. Схема первичной цепи в этих опытах не меняется, а к вторичной обмотке в опыте ХХ подключается вольтметр, в опыте КЗ – амперметр, а в нагрузочном режиме – вольтметр, амперметр и нагрузочный резистор.

Рис.24.1.

Опыт холостого хода проводится при номинальных напряжениях. Индуктивности катушек трансформатора с замкнутым магнитопроводом очень велики, поэтому трансформатор потребляет от источника питания лишь небольшой ток, называемый током намагничивания. Однако он сдвинут относительно напряжения не точно на 90^о, как следовало бы ожидать для индуктивности, а на несколько меньший угол. Это означает, что при холостом ходе трансформатор потребляет, хотя и небольшую активную мощность. Эта мощность расходуется на перемагничивание магнитопровода и на потери от вихревых токов, возникающих в сердечнике. В обмотках трансформатора мощность практически не потребляется так как в первичной ток очень мал, а во вторичной вообще равен нулю.

Из опыта холостого хода определяют ток холостого хода (обычно в % от номинального тока), коэффициент трансформации.

Опыт короткого замыкания проводят при пониженном напряжении питания. Оно должно быть таким, чтобы по обмоткам протекали номинальные токи. При коротком замыкании напряжения на первичной обмотке трансформатора мало, а на вторичной вообще равно нулю. Напряжение на первичной обмотке обусловлено лишь активными сопротивлениями провода обмоток и реактивными сопротивлениями рассеяния. Потерь в сердечнике при таком низком напряжении практически нет.

Из опыта короткого замыкания определяют напряжение короткого замыкания (падение напряжения на обмотках, обычно в % от номинального напряжения), потери мощности в обмотках и также коэффициент трансформации.

В нагрузочном режиме с увеличением тока нагрузки (I ₂) напряжение изменяется вследствие увеличения падений напряжения в обмотках трансформатора. Вид этой характеристики зависит от характера нагрузки (активная, индуктивная, ёмкостная или смешанная). При активной, индуктивной и активно-индуктивной нагрузке с увеличением тока нагрузки I ₂ напряжение U ₂ уменьшается, при ёмкостной, и активно-ёмкостной – может и возрастать.

При возрастании тока нагрузки изменяется также коэффициент полезного действия трансформатора: кпд = Р ₂/ Р ₁, где Р ₂ – мощность, потребляемая нагрузкой, а Р ₁ – мощность, отдаваемая источником. При холостом ходе I ₂ = 0 и Р ₂ = 0, поэтому и кпд = 0. При коротком замыкании I ₂ = 0 I _{2 ном}, но U ₂ = 0, поэтому также Р ₂ = 0 и кпд = 0. Значит, при увеличении тока нагрузки кпд сначала возрастает, затем проходит через максимум и затем снова падает. Трансформаторы конструируют обычно таким образом, чтобы максимальный кпд имел место при нагрузке несколько меньше номинальной, так как чаще всего он работает с нагрузкой ниже номинальной.

При построении нагрузочной характеристики и графика изменения кпд по оси абсцисс откладывают ток нагрузки в % от номинального тока, а по оси ординат – вторичное напряжение в % от номинального напряжения и кпд также в %.

В данной работе снимаются характеристики трансформатора с разъёмным сердечником и сменными катушками. Номинальные параметры этого трансформатора приведены в табл. 22.1.

Таблица 22.1