Исследование процесса намагничивания сердечника трансформатора

 

Ц е л ь р а б о т ы: ознакомиться с процессом намагничивания магнитной системы трансформатора; изучить влияние насыщения сердечника на форму кривой тока х.х.; закрепить теоретические знания [1, c. 372–380; 2, c. 262–264; 3, c. 184–185].

 

Основные положения теории

 

При включении трансформатора на синусоидальное напряжение основной магнитный поток Ф в сердечнике трансформатора будет также синусоидальным и отстающим от приложенного напряжения на угол p /2. В свою очередь, создава-емые этим потоком ЭДС в обмотках трансформатора сохраняют синусоидальную

форму и будут отставать от магнитного потока также на угол p /2.

Если пренебречь падением напряжения в первичной обмотке, которое в режиме х.х. очень мало, соотношение между приложенным напряжением и магнитным потоком будет определяться выражением:

(18)

 

где f ₁ – частота питающей сети, Гц;

w ₁ – число витков первичной обмотки;

П _с – сечение стержня трансформатора (сердечника), см2;

В _с – индукция в стержне (амплитудное значение), Т.

Поскольку кривая намагничивания сердечника имеет нелинейный характер, кривая намагничивающего тока будет отличаться от синусоиды, и тем больше, чем сильнее насыщен сердечник (рис. 9).

Из числа высших гармонических тока сильнее всего выражена третья гармо-ника, несколько слабее – пятая. Гармонические более высокого порядка отно-сительно малы, и ими в данном случае можно пренебречь. Наличие высших гармонических придает намагничивающему току резко заостренную форму.

 

Экспериментальная часть

1) Собрать схему экспериментальной установки.

2) Проследить изменение формы кривой тока х.х. при различном насыще-нии сердечника трансформатора.

3) Зарисовать кривую тока х.х. при величине напряжения U ₁ = 0,5 U _н; U ₁ = U _н; U ₁ = 1,25 U _н; U ₁ = 1,5 U _н.

 

Расчеты и построения

 

1) Привести осциллограммы тока х.х. для различных режимов.

2) Рассчитать индукцию в сердечнике трансформатора при различном

насыщении и построить кривую намагничивания сердечника

3) Пользуясь кривой намагничивания, построить теоретические кривые тока

х.х., сравнить с полученными экспериментально.

ia

Рис. 9

 

Методические указания

 

Для проведения экспериментальной части работы необходимо собрать схему, приведенную на рис. 10. В качестве испытуемого трансформатора реко-мендуется взять среднюю фазу трехстержневого трансформатора. Можно исполь-зовать однофазный трансформатор. Методика проведения работы не изменится. Питание через обмотку подается на обмотку НН с таким расчетом, чтобы можно было поднять напряжение на ней до 1,5 U _н.

Кривую тока можно снять, используя в качестве шунта обмотку амперметра. Внимание! Обмотку амперметра КИП использовать нельзя! В этом случае в качестве шунта используется несколько витков ползункового реостата (разумеется, если его обмотка рассчитана на ток не меньше того, который будет иметь место в процессе опыта).

Рекомендуется опыт начинать с напряжения питания, равного 1,5 U _н. При этом настраивается осциллограф, и в процессе всего опыта настройка его не меняется.

При U = 1,5 U _н с экрана осциллографа необходимо срисовать (на кальку или прозрачную бумагу) кривую тока х.х. и записать показания приборов в табл. 7. Затем напряжение питания снижается, и показания приборов также заносятся в табл. 7. При U = U _н необходимо вновь снять с экрана осциллографа кривую тока х.х., желательно на ту же кальку, что и ранее (если регулировка осциллографа не изменялась). Далее опыт продолжается до U = 0,5 U _н.

 

Рис. 10

 

Расчет индукции в сердечнике трансформатора проводится на основании формулы (16), число витков обмотки и сечение стержня даны в паспорте. В случае отсутствия паспортных данных можно принять при номинальном напряже-нии В _с.н= (1,58–1,68) Т и далее изменять ее пропорционально напряжению.

При расчете В _с и построении кривой намагничивания пренебрегаем падением напряжения в первичной обмотке и потерями в стали трансформатора,

т. е. считаем U ₁ = E ₁ и

Построение кривой тока х.х. показано на рис. 9. Вначале следует начертить кривую намагничивания в удобном масштабе. Затем на этой кривой отмечается точка, соответствующая напряжению питания, равному номинальному (по соот-

ветствующему току I _{0 m}). Ордината данной точки В _{c m} переносится в левую часть чертежа, где нужно построить синусоиду с амплитудой, равной В _{c m} . Далее, используя построенную синусоиду и кривую намагничивания, легко построить

кривую тока х.х. (на рис. 9 процесс построения показан стрелками).

Аналогично производится построение для U ₁ = 0,5 U _ни U ₁ = 1,5 U _н.

 

Таблица 7

 

Таблица экспериментальных и расчетных данных

 

U 1	0,25 U н	0,5 U н	0,75 U н	U н	1,25 U н	1,5 U н
U 2, B
I 0, A
I 0 m, A
B c m , Т

 

Для сравнения построенной кривой с полученной экспериментально (снятой с экрана осциллографа) последнюю следует перестроить в том же мас-

штабе по осям тока и времени путем обычного пересчета.

Все построения (для различных напряжений) должны быть сделаны на одном чертеже с использованием различных цветов и видов линий. Для удобства сравнения теоретической и экспериментальной кривых выполнить их на отдельном чертеже (только для U ₁ = U _н).

В отчете необходимо дать письменные ответы на все приведенные ниже вопросы и свои замечания по результатам работы.

 

4.5. Контрольные вопросы

 

1) Какую форму кривой имеет магнитный поток в сердечнике однофазного трансформатора при синусоидальном напряжении питания?

2) От чего зависит форма кривой тока х.х.?

3) Как изменяется форма кривой тока х.х. трансформатора с увеличением напряжения питания?

4) Чем объясняется изменение формы кривой тока х.х. при изменении вели-чины напряжения питания?

5) Какое соотношение связывает величину магнитного потока в сердечнике трансформатора с приложенным напряжением?

 

Лабораторная работа 5