Тема: Исследование однофазного автотрансформатора
Цель: Изучить назначение, устройство, принцип действия однофазного автотрансформатора
Задание
1.Зарисовать схемы включения.
2.Ответить на контрольные вопросы.
Теоретические сведения
Автотрансформатор – устройство, в котором вторичная обмотка является составной частью первичных витков.
Как видно из описания автотрансформатора, главное его отличие от обычного трансформатора – отсутствие второй катушки с сердечником. Роль вторичных обмоток выполняют отдельные группы витков, имеющих гальваническую связь. Эти группы не требуют отдельной электрической изоляции.
У такого устройства есть определённые преимущества:
· сокращён расход цветных металлов, используемых на изготовление такого оборудования;
· передача энергии осуществляется путём воздействия электромагнитного поля входного тока, и благодаря электрической связи между обмотками. Следовательно, потеря энергии оказывается ниже, поэтому у автотрансформаторов наблюдаются более высокие КПД;
· малый вес и компактные габариты.
В некоторых случаях бывает необходимо изменять напряжение в небольших пределах. Это проще всего сделать не двухобмоточными трансформаторами, а однообмоточными, называемыми автотрансформаторами. Если коэфициент трансформации мало отличается от единицы, то разница между величиной токов в первичной и во вторичной обмотках будет невелика.
Автотрансформаторы относят к трансформаторам специального назначения. Автотрансформаторы отличаются от трансформаторов тем, что у них обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения, т. е. цепи этих обмоток имеют не только магнитную, но и гальваническую связь.
В зависимости от включения обмоток автотрансформатора можно получить повышение или понижение напряжения.
Рисунок 26.1 - Схемы однофазных автотрансформаторов: а - понижающего, б - повышающего.
Если присоединить источник переменного напряжения к точкам А и Х, то в сердечнике возникнет переменный магнитный поток. В каждом из витков обмотки будет индуктироваться ЭДС одной и той же величины. Очевидно, между точками а и Х возникнет ЭДС, равная ЭДС одного витка, умноженной на число витков, заключенных между точками а и Х.
Если присоединить к обмотке в точках a и Х какую-нибудь нагрузку, то вторичный ток I2 будет проходить по части обмотки и именно между точками a и Х. Но так как по этим же виткам проходит и первичный ток I1, то оба тока геометрически сложатся, и по участку aХ будет протекать очень небольшой по величине ток, определяемый разностью этих токов. Это позволяет часть обмотки сделать из провода малого сечения, чтобы сэкономить медь. Если принять во внимание, что этот участок составляет большую часть всех витков, то и экономия меди получается весьма ощутимой.
Таким образом, автотрансформаторы целесообразно использовать для незначительного понижения или повышения напряжения, когда в части обмотки, являющейся общей для обеих цепей автотрансформатора, устанавливается уменьшенный ток что позволяет выполнить ее более тонким проводом и сэкономить цветной металл. Одновременно с этим уменьшается расход стали на изготовление магнитопровода, сечение которого получается меньше, чем у трансформатора.
Контрольные вопросы
1. В чем состоит конструктивное различие между трансформатором и автотрансформатором?
2. Объясните принцип передачи мощности из первичной цепи во
вторичную у трансформатора и у автотрансформатора.
3. Каковы достоинства автотрансформатора перед трансформатором?
4. При каких значениях коэффициента трансформации применение автотрансформатора наиболее выгодно?
5. Каковы недостатки автотрансформатора, ограничивающие его применение?
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 27
Тема: Расчет технических параметров и построение характеристик трансформатора
Цель: Научиться рассчитывать и строить внешнюю характеристику трехфазного трансформатора.
Задание
1. Рассчитать параметры трансформатора.
2. Построить внешнюю характеристику.
3. Ответить на контрольные вопросы.
Теоретические сведения
Внешняя характеристика трансформатора представляет собой зависимость между вторичными током и напряжением при изменении нагрузки, неизменном значении первичного напряжения U1 и заданном коэффициенте мощности cosφ2 во вторичной цепи.
Рисунок 27.1 – Внешняя характеристика трансформатора
Вторичное напряжение U2 при нагрузке отличается от напряжения холостого хода на величину изменения напряжения, которое зависит от величины нагрузки.
Внешняя характеристика может быть построена как по расчетным данным активного и индуктивного падений напряжения (расчетная внешняя характеристика), так и по опытным данным (внешняя характеристика конкретного трансформатора). Построение внешней характеристики показано на рисунке 27.1. По оси ординат откладывается вторичное напряжение U2, а по оси абсцисс - величина нагрузки α (в % или долях от номинальной мощности). Начальная точка внешней характеристики начинается от ординаты, равной U2НОМ, а другой ее конец, против абсциссы α = 1 (т. е. при номинальной нагрузке), будет опущен против начала на величину Δ U - изменения напряжения.
Так как изменение напряжения пропорционально нагрузочному току I2, то внешняя характеристика практически представляет прямую линию. На рисунке 2.1 построены две внешние характеристики – для cos φ2=1 и cos φ2= 0,8.
Положения характеристик зависят от мощности и характера нагрузки трансформатора и при малой мощности они могут поменяться местами (при активной и активно-индуктивной нагрузках).
Задача
Для трехфазного силового трансформатора известны следующие технические данные: номинальная мощность S номноминальное первичное напряжение U 1номноминальное вторичное напряжение U 2ном,напряжение короткого замыкания ик, мощность потерь короткого замыкания р к,мощность потерь холостого хода р 0,коэффициент мощности нагрузки cosφ2,мощность нагрузки Р 2, максимальная магнитная индукция в сердечнике В тах, число витков первичной обмотки w1. Используя данные таблицы 2.1, определить:
1. Номинальные токи трансформатора и токи при заданной нагрузке.
2. Коэффициент нагрузки.
3. КПД трансформатора при заданной нагрузке, наибольший КПД,
4. Напряжение на зажимах вторичной обмотки при заданной нагрузке, а также при коэффициентах нагрузки β= 0,25; 0,5; 0,75, 1.
5. Построить внешнюю характеристику трансформатора.
Таблица 27.1 - Исходные данные к задаче
| Величины | варианты | |||||||||
| Sном2, кВА | ||||||||||
| Uном1, В | ||||||||||
| Uном2, В | 0,69 | 0,69 | 0,4 | 0,69 | 0,4 | 0,4 | 0,23 | 0,4 | 0,23 | 0,4 |
| ик, % | 5,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | ||
| рк, кВт | 7,6 | 5,5 | 2,65 | 2,65 | 3,7 | 0,6 | 1,28 | 0,88 | 1,97 | 1,97 |
| Р0, кВт | 1,31 | 0,95 | 0,51 | 0,51 | 0,74 | 0,13 | 0,24 | 0,175 | 0,33 | 0,33 |
| Соsφ2 | 0,8 | 0,85 | 0,8 | 0,9 | 0,9 | 1,0 | 0,85 | 0,8 | 1,0 | 0,9 |
| Р2, кВт | ||||||||||
| w1, витков |