Материал: ЭУИСТ №11

Тороидальные трансформаторы выполняются на кольцевых (типа К или ОЛ) магнитопроводах (рис.2.в). В качестве материала магнитопровода применяются ферриты, аморфные стали (магнитопроводы типа К) или холоднокатанные электротехнические стали (магнитопроводы типа ОЛ).

К достоинствам тороидальных трансформаторов по сравнению со стержневыми и броневыми следует отнести: практически полное отсутствие полей рассеяния и нечувствительность к внешним магнитным полям, независимо от их направления (при условии равномерного распределения обмоток по периметру кольца магнитопровода); большую поверхность охлаждения обмоток и меньшее магнитное сопротивление магнитопровода вследствие отсутствия каких либо немагнитных зазоров. При прочих равных условиях тороидальные трансформаторы имеют минимальные габариты, однако стоимость их изготовления существенно выше.

В настоящей работе испытывается однофазный трансформатор с сердечником броневого типа.

Номинальные данные трансформатора:

–номинальная мощность трансформатора, ВА ….......………..…300

–номинальное напряжение вторичной обмотки, В …...….………44

–номинальное напряжение первичной обмотки, В ….....…...220

–номинальный ток первичной обмотки, А ………………..1,36

–номинальный ток вторичной обмотки, А ………………….….…6,8

–напряжение короткого замыкания, % ………………………..…5,3

3.2. ОПЫТ ХОЛОСТОГО ХОДА ТРАНСФОРМАТОРА.

Опыт холостого хода трансформатора проводится с целью определения мощности потерь в магнитопроводе (потерь в стали) трансформатора, тока холостого хода, коэффициента трансформации и параметров эквивалентной схемы. Опыт холостого хода

Рис. 3.

Ток холостого хода трансформатора обычно не превышает (5÷10)% номинального значения тока первичной обмотки (при номинальной мощности трансформатора более 100 ВА). Поскольку потери в обмотках трансформатора (потери в меди) при его номинальной загрузке, как правило, практически равны потерям в стали, то при холостом ходе потерями в меди можно пренебречь.

Диэлектрические потери в низковольтных трансформаторах можно также не учитывать. Таким образом, с достаточным приближением можно считать, что потери при холостом

ходе трансформатора равны потерям в стали, которые складываются из потерь на

магнитной индукции, соответствующей максимальному значению напряжения, приложенному к первичной обмотке трансформатора, обычно выбирается на колене магнитной характеристики. В этом случае потери в стали определяются выражением

, где

Вm- амплитудное значение магнитной индукции основного магнитного потока; fC - частота изменения напряжения источника питания (напряжения сети);

С- константа, значение которой зависит прежде всего от размеров и марки материала магнитопровода трансформатора.

Коэффициент трансформации трансформатора К, равный по определению отношению высшего напряжения к низшему напряжению при холостом ходе, определяется по данным опыта холостого хода как

K=U10/U20,

где U10 – действующее значение напряжения, измеряемое в соответствии с рис.3 вольтметром pV1, а U20 - вольтметром pV2.

Трансформатор при холостом ходе может быть представлен в виде эквивалентной схемы ( рис. 4 ), где – активное сопротивление первичной обмотки трансформатора;

–индуктивной сопротивление первичной обмотки, обусловленное потоком рассеяния

;

–активное сопротивление, обусловленное потерями в стали трансформатора;

–индуктивное сопротивление первичной обмотки, обусловленное основным

Рис. 4.

Так как в реальных трансформаторах амплитудное значение магнитного потока

магнитные силовые линии которого замыкаются по магнитопроводу (сердечнику) трансформатора.

Так как а x0 >> r0 то можно считать, что напряжение, подводимое к первичной обмотке трансформатора, уравновешивается ЭДС первичном обмотки трансформатора,

характеризующую величину реактивной мощности, потребляемой от сети переменного тока для возбуждения магнитного потока в магнитопроводе трансформатора; активную –

, обусловленную потерями в сердечнике.

При проведении опыта холостого хода действующее значение тока холостого хода измеряют амперметром pA1 (рис. 3). Обычно ток холостого хода принято указывать в процентах от номинального тока первичной обмотки i0% или в относительных единицах

I 0* :

I 0* =I0/I1H.

Значение тока холостого хода для конкретного трансформатора зависит от напряжения, подводимого к его первичной обмотке. При увеличении напряжения, увеличивается значение . До тех пор пока находится на линейном участке кривой намагничивания материала магнитопровода (до тех пор пока относительная магнитная проницаемость материала остается неизменной) увеличению напряжения U10 соответствует практически линейное увеличение тока холостого хода. В случае повышения напряжения U10 сверх номинального значения может происходить насыщение материала магнитопровода, что вызывает резкое уменьшение его магнитной проницаемости. В связи с этим резко уменьшается сопротивление , что приводит к резкому увеличению тока холостого хода

трансформатора, полного сопротивления короткого замыкания ZK и его составляющих RK и XK. При проведении опыта вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко, а к

Обычно в технической документации напряжение короткого замыкания указывается в

расходуется на потери в обмотках и на потери в сердечнике трансформатора. Учитывая, что при значительном понижении напряжения на первичной обмотке трансформатора резко уменьшается величина магнитной индукции в его сердечнике, можно считать, что потери в сердечнике малы, и ими можно пренебречь. Следовательно, при опыте короткого

xK x1 x2/ индуктивное сопротивление короткого замыкания.

При опыте короткого замыкания измеряют напряжение , при токе первичной обмотки , равном , и мощность . По данным измерения определяют параметры

эквивалентной схемы из следующих выражений:

составляющие напряжения короткого замыкания и пересчитывают их значения в проценты от номинального напряжения.

намагничивания практически линейный. При постоянном значении сопротивления зависимость мощности от напряжения будет иметь квадратичный характер.

3.4. ИСПЫТАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА ПОД НАГРУЗКОЙ

Схема проведения испытаний трансформатора под нагрузкой приведена на (рис. 7). Напряжение на зажимах вторичной обмотки изменяется при изменении тока нагрузки. Это объясняется тем, что обмотки трансформатора обладают как активным, так и реактивным сопротивлениями. Напряжение на зажимах вторичной обмотки зависит не только от силы тока, но и от характера нагрузки.

Изменение напряжения на зажимах вторичной обмотки (выраженное в процентах) определяется следующим выражением:

, где

–активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания;

–коэффициент нагрузки трансформатора;

–угол между напряжением и током во вторичной обмотке трансформатора.

Пользуясь данными опытов холостого хода и короткого замыкания, можно построить внешнюю характеристику .

Рис. 7.

3.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КПД ТРАНСФОРМАТОРА

При работе трансформатора под нагрузкой от сети переменного тока потребляется активная мощность , отдаваемая трансформатором в нагрузку, и мощность, затрачиваемая на потери в сердечнике и потери в обмотках. Потери в сердечнике зависят от частоты тока сети, магнитной индукции, значения которых почти не изменяются при изменении тока нагрузки. Потери в обмотках зависят от тока нагрузки и являются потерями переменными. Они пропорциональны квадрату тока.

Коэффициент полезного действия трансформатора равен отношению активной мощности , отдаваемой трансформатором в нагрузку, к активной мощности , потребляемой от сети переменного тока.

Коэффициент полезного действия не определяется непосредственным путем, так как это требует большого расхода электроэнергии, наличия громоздкой и дорогостоящей нагрузочной аппаратуры и, самое главное, не дает точных результатов. Это объясняется