Лабораторна робота № 3.7. Визначення ККД трансформатора

 

Мета роботи – вивчити явища самоіндукції та взаємоіндукції, визначити залежність ККД трансформатора від струму навантаження.

 

Вказівки до виконання роботи

Для виконання роботи необхідно вивчити такий теоретичний матеріал: явище електромагнітної індукції; явище самоіндукції; індуктивність; явище взаємної індукції, трансформатор [1, §§ 122, 123, 126, 128, 129; 3, §§ 60, 61, 64, 66 ].

 

Трансформатор – пристрій для перетворення змінного струму однієї напруги в змінний струм іншої напруги. При цьому частота змінного струму не змінюється. Трансформатор складається з двох обмоток (первинної та вторинної) з різною кількістю витків, які індуковано зв’язані магнітним осердям (рис.3.7.1).

Змінний струм, що проходить по первинній обмотці, створює змінний магнітний потік. Цей магнітний потік по магнітному осердю передається на вторинну обмотку, в якій збуджується змінна ЕРС. Для кращої передачі магнітного потоку з первинної обмотки на вторинну, осердя виготовляють із матеріалів з великим m, до яких відносяться феромагнетики.

Розрізняють два режими роботи трансформатора: холостий хід і робота навантаженого трансформатора. У режимі холостого ходу вторинна обмотка трансформатора розімкнена (трансформатор не навантажений). При цьому струм у первинній обмотці мінімальний і визначається опором обмотки змінному струму:

, (3.7.1)

де R₁ – активний опір обмотки;

w - циклічна частота змінного струму;

L₁ – індуктивність обмотки;

wL₁ – індуктивний опір первинної обмотки.

Робота трансформатора на навантаження супроводжується зменшенням індуктивного опору первинної обмотки, струм у ній зростає пропорційно до навантаження. Нехтуючи втратами енергії, які у сучасних трансформаторах не перевищують 2 %, на підставі закону збереження енергії можна записати, що потужність струму в обох обмотках трансформатора практично однакова, тобто:

. (3.7.2)

Трансформатор характеризується коефіцієнтом трансформації:

. (3.7.3)

Якщо К >1, трансформатор називають підвищувальним, якщо К <1 – знижувальним.

Розрізняють два види втрат потужності в трансформаторі: втрати в міді та втрати в сталі. До перших відносяться втрати потужності на розігрів обмоток згідно з законом Джоуля – Ленца. Для зменшення цих втрат обмотки виготовляють з провідників які мають малий опір.

Втрати в сталі зводяться до трьох факторів: виділення тепла за рахунок струмів Фуко; втрати енергії, зв’язані з перемагнічуванням осердя; розсіяння магнітних силових ліній. Для боротьби зі струмами Фуко осердя виготовляють з тонких пластин ізольованих одна від одної. Для боротьби з втратами на перемагнічування осердя виготовляють з феромагнетика з малою коерцитивною силою. Коерцитивна сила – це напруженість такого зовнішнього магнітного поля, яка необхідна для розмагнічування осердя. Зменшення втрат за рахунок розсіяння силових ліній досягають спеціальною геометричною формою осердя.

ККД називається відношення корисної потужності до витраченої:

. (3.7.4)

Якщо втрати потужності виразити через DР, формулу (3.7.4) можна записати у вигляді:

. (3.7.5)

Як правило:

, (3.7.6)

де - потужності теплових втрат відповідно в первинній та вторинній обмотці;

- потужність холостого ходу (враховуються всі види втрат, крім теплових).

Тому остаточний вираз для ККД трансформатора набуде такого вигляду:

. (3.7.7)

Хід роботи

1. Зібрати схему, подану на рис. 3.7.2.

2. Підключити установку до мережі 220 В і при розімкненій вторинній обмотці по ватметру визначити потужність холостого ходу Р₀.

3. Замкнути вторинне коло (рис. 3.7.2) і при різних положеннях повзунка реостата R знайти І₁, І₂ та Р. За формулою (3.7.7) розрахувати ККД трансформатора в усіх випадках.

4. Одержані результати занести до табл. 3.7.1.

5. За одержаними результатами побудувати графік залежності .

 

Таблиця 3.7.1

№ пор.	І1, А	І2, А	Р, Вт	h, %

Контрольні запитання

1. Що таке трансформатор і з якою метою він використовується?

2. У чому полягає явище взаємної індукції?

3. Що таке взаємна індуктивність і від чого вона залежить?

4. Як довести, що відношення напруги в первинній та вторинній обмотках дорівнює відношенню числа витків цих обмоток?

5. Підвищувальний чи знижувальний трансформатор, який використовується в даній лабораторній роботі?

6. Як обчислюється ККД трансформатора?

7. Як розрізняють втрати потужності при роботі трансформатора?

8. Які дії застосовують для зменшення втрат потужності?

9. Як і чому змінюється ККД при збільшенні І₂?