Основные теоретические положения. Трансформатор - это статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в

Трансформатор - это статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения при неизменной частоте.

Нагрузочным или рабочим называется режим работы трансформатора, при котором к первичной обмотке подведено напряжение U₁, а к вторичной подключены потребители Z_Н, так что I₂ > 0.

Это основной режим, при котором вторичный ток изменяется в пределах 0<I₂ ≤ I_2Н, а коэффициент мощности cosφ₂ определяется характером нагрузки и может изменяться от нуля до 1,0. Особенности взаимодействий в рабочем режиме трансформатора определяются тем, что ток I₂ создает МДС F₂ = I₂W₂ и соответствующий магнитный поток Ф₂, действующие встречно по отношению к МДС F₁ и потоку Ф₀, т.е. в соответствии с принципом Ленца реакция вторичной обмотки направлена на уменьшение основного магнитного потока взаимоиндукции Ф₀, созданного при холостом ходе. Однако, поскольку подводимое к первичной обмотке напряжение не изменяется, а оно, в основном, уравновешивается ЭДС Е₁₀, то поток Ф₀ не должен изменяться.

Зависимость напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора от тока в этой обмотке графически изображается внешними характеристиками U₂=f(I₂). Вид внешней характеристики зависит от характера нагрузки и величины cos ₂: при активной и активно-индуктивной нагрузке внешние характеристики имеют падающий вид, причем чем меньше cos ₂, тем больше наклон характеристики к оси абсцисс; при активно-емкостной нагрузке внешняя характеристика имеет восходящий вид (рис.4.1).

Рисунок 4.1 - Внешние характеристики трансформатора

При любой нагрузке:

U₂= U₂₀(1-0,01· U),

где U₂₀ – напряжение на вторичной обмотке в режиме холостого хода, принимаемое за номинальное напряжение на выходе трансформатора, В;

U-изменение вторичного напряжения, вызванное нагрузкой трансформатора.

Для построения внешней характеристики необходимо рассчитать не менее пятизначений напряжения U₂ при разных значениях коэффициента нагрузки =I₂/I_2ном, например при =0.25, 0.50,0.75,.1.0 и 1.2.

Расчет U ведут по формуле (%):

U= U_к(cos _кcos ₂+ sin _к sin ₂)

Расчеты U выполняют при cos ₂=1, cos ₂=0.8 (нагрузка активно-индуктивная) и cos ₂=0.8 (нагрузка активно-емкостная). В последнем случае получают отрицательные значения U.

Зависимость к.п.д. трансформатора от нагрузки.

Для построения графика =f() при cos ₂=1 и cos ₂=0.8 определяют к.п.д. трансформатора для ряда значений коэффициента нагрузки =0.25, 0.5, 0.75, 1.0, 1.2, воспользовавшись формулой

,

где S_ном – номинальная мощность трансформатора, ВА.

Рисунок 4.2 - График =f() для трансформаторов

с различнымиcosφ₂

Максимальное значение к.п.д. соответствует такой нагрузке, при которой электрические потери трансформатора равны магнитным потерям, т.е.

²_mP_к.ном= Р_0.ном .

Следовательно,

.

Максимальный к.п.д. трансформатора можно вычислить, если в формулу η = f(β) подставить выражение для _m:

.

Рисунок 4.3 - Электрическая схема трансформатора

в режиме работы под нагрузкой

Перечень аппаратуры

Обозначение	Наименование	Тип	Параметры
А4	Активная нагрузка	306.5	~220 В / 3´0…30 Вт;
А6	Трехфазная трансформаторная группа	347.3	3´80 Вт
А20	Трехфазный регулируемый автотрансформатор		~3×0…240 В / 2 А
G1	Однофазный источник питания	218.9	~220 В / 6 А
G2	Трехфазный источник питания	201.4.1	~400 В / 6 А
Р1	Блок мультиметров	510.0.1	2 мультиметра 0…1000 В ; 0…10 А ; 0…20 Мом
P3	Многофункциональный электроизмерительный прибор		U, I, f, P, Q, cosj,