|
|
Работа № 1. Понижающие трансформаторы
Дисциплина: Электронная техника
Специальность: 35.0.08 Электрификация и автоматизация сельского хозяйства
Группа: 3Э
Практическая работа № __1_
|
|
Тема:
|
Понижающие трансформаторы
|
|
|
Наименование работы:
|
Расчет понижающего трансформатора
|
|
|
|
|
Учебное время:
|
2 часа
|
Цели и задачи:
|
Изучить принцип работы понижающего трансформатора, его
|
|
характеристики.
|
|
Изучить расчеты понижающего трансформатора.
|
Приобретаемые умения и навыки:
|
Научиться рассчитывать параметры понижающих
|
|
трансформаторов.
|
|
| |
Оснащение рабочего места:
|
оборудование:1
|
Инструкционные карты. Печатный материал
|
|
|
|
|
|
| |
|
Литература:
|
Л1 Б.И. Горошков, А.Б. Горошков «Электронная техника» Академия 2011 г.
|
|
|
|
|
Содержание работы
Изучить печатный материал.
Дать характеристику понижающим трансформаторам и автотрансформаторам.
Сделать расчет понижающего трансформатора.
Контрольные вопросы
Какие параметры имеет понижающий трансформатор.
Чем отличается трансформатор и автотрансформатор.
Трансформаторы
Трансформатор – это электромагнитное устройство, которое может изменять напряжение переменного тока (увеличивать или уменьшать).
Устройство и принцип работы
Итак, конструкция трансформатора достаточно проста и состоит из сердечника и двух катушек из медной проволоки. В основе принципа работы лежит электромагнитная индукция. Чтобы вы поняли, как работает этот прибор, рассмотрим, как магнитное поле, образуемое в катушках (обмотках) устройства, изменяет показатель напряжения.
Подаваемый на первую обмотку электрический ток (он переменный, поэтому изменяется по направлению и величине) образует в катушке магнитное поле (оно также переменное). В свою очередь магнитное поле образует во второй катушке электрический ток. Такой своеобразный обмен параметрами. Но просто так изменение напряжения не произойдет, оно зависит от того, сколько витков медной проволоки в каждой обмотке. Конечно, величина изменения магнитного поля (скорость) также влияет на величину напряжения.
Что касается количества витков, то получается так:
если число витков в первичной катушке больше, чем во вторичной, то это понижающий трансформатор;
Поэтому существует формула, которая определяет так называемый коэффициент трансформации. Вот она:
k=w1/w2,
где w – это число витков в катушке с соответствующим номером.
Внимание! Любой трансформатор может быть и понижающим, и повышающим, все зависит от того, к какой обмотке (катушке) подсоединяется питающий кабель сети переменного тока.
И еще один момент, касающийся устройства. Это сердечник трансформатора. Все дело в том, что существуют разные виды этого устройства, в которых сердечник присутствует или отсутствует.
Так вот, в тех видах, где сердечник трансформатора отсутствует или изготовлен из феррита или альсифера называются высокочастотными (выше 100 кГц).
Приборы с сердечником из стали, феррита или пермаллои – низкочастотные (ниже 100 кГц).
Первые используются в радио- и электросвязи. Вторые для усиления звуковых частот, к примеру, в телефонии. Со стальным сердечником используется в электротехнике (в бытовых приборах в том числе).
Условные обозначения и параметры
Приобретая трансформатор, необходимо понимать, что написано на его корпусе или в сопроводительных документах. Ведь существует определенная маркировка трансформаторов, которые определяют его назначение. Основное, на что необходимо обратить внимание, до какого показателя этот прибор может снизить напряжение. К примеру, 220/24 говорит о том, что на выходе получится ток напряжением 24 вольта.
А вот буквенные обозначения чаще всего говорят о типе устройства. Кстати, имеется в виду буквы, стоящие после цифр. К примеру, О или Т – одно- или трехфазный соответственно. То же самое можно сказать о количестве обмоток, о типе охлаждения, о способе и месте установки (внутренние, наружные и прочее).
Расшифровка маркировки трансформатора
Что касается параметров трансформатора, то существует определенный стандартный ряд, который и определяет характеристики прибора. Их несколько:
Напряжение в первичной катушке.
Напряжение во вторичной катушке.
Первичная сила тока.
Вторичная сила тока.
Общая мощность аппарата.
Коэффициент трансформации.
КПД.
Коэффициент мощности и нагрузки.
Есть так называемая внешняя характеристика трансформатора. Это зависимость вторичного напряжения от вторичной силы тока, при условии, что сила тока первичной обмотки будет номинальной, а cos φ= const. По-простому – чем выше сила тока, тем ниже напряжение. Правда, второй параметр изменяется всего лишь на несколько процентов. При этом внешняя характеристика трансформатора определяется относительными характеристиками, а именно коэффициентом загрузки, который определяется по формуле:
Обозначение на схемах
K=I2/I2н,
где второй показатель силы – это сила тока при номинальном напряжении.
Конечно, характеристики трансформатора – это достаточно большой ряд всевозможных показателей, от которых зависит сама работа прибора. Здесь и мощность потерь, и внутреннее сопротивление в обмотке.
|
Назначение, устройство и принцип действия автотрансформаторов
В некоторых случаях бывает необходимо изменять напряжение в небольших пределах. Это проще всего сделать не двухобмоточными трансформаторами, а однообмоточными, называемыми автотрансформаторами. Если коэффициент трансформации мало отличается от единицы, то разница между величиной токов в первичной и во вторичной обмотках будет невелика. Что же произойдет, если объединить обе обмотки? Получится схема автотрансформатора (рис. 1).
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.
Рис. 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.
В электромагнитных преобразователях энергии - трансформаторах - передача энергии из одной обмотки в другую осуществляется магнитным полем, энергия которого сосредоточена в магнитопроводе. В автотрансформаторах передача энергии осуществляется как магнитным полем, так и за счет электрической связи между первичной и вторичной обмотками.
Трансформатор и автотрансформатор
Автотрансформаторы успешно конкурируют с двухобмоточными трансформаторами, когда их коэффициент трансформации - мало отличается от единицы и но более 1,5 - 2. При коэффициенте трансформации свыше 3 автотрансформаторы себя не оправдывают.
В конструктивном отношении автотрансформаторы практически не отличаются от трансформаторов. На стержнях магнитопровода располагаются две обмотки. Выводы берутся от двух обмоток и общей точки. Большинство деталей автотрансформатора в конструктивном отношении не отличаются от деталей трансформатора.
Лабораторные автотрансформаторы (ЛАТРы)
Автотрансформаторы применяются также в низковольтных сетях в качестве лабораторных регуляторов напряжения небольшой мощности (ЛАТР). В таких автотрансформаторах регулирование напряжения осуществляется при перемещении скользящего контакта по виткам обмотки.
Лабораторные регулируемые однофазные автотрансформаторы состоят из кольцеобразного ферромагнитного магнитопровода, обмотанного одним слоем изолированного медного провода (рис. 2).
От этой обмотки сделано несколько постоянных ответвлений, что позволяет использовать эти устройства как понижающие или повышающие автотрансформаторы с определенным постоянным коэффициентом трансформации. Кроме того, на поверхности обмотки, очищенной от изоляции, имеется узкая дорожка, по которой перемещают щеточный или роликовый контакт для получения плавно регулируемого вторичного напряжения в пределах от нуля до 250 В.
При замыкании соседних витков в ЛАТР не происходит витковых замыканий, так как токи сети и нагрузки в совмещенной обмотке автотрансформатора близки друг к другу и направлены встречно.
Лабораторные автотрансформаторы изготовляют номинальной мощностью 0,5; 1; 2; 5; 7,5 кВА.
Схема лабораторного регулируемого однофазного автотрансформатора
Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР)
Трехфазные автотрансформаторы
Наряду с однофазными двухобмоточными автотрансформаторами часто применяются трехфазные двухобмоточные и трехфазные трехобмоточные автотрансформаторы.
В трехфазных автотрансформаторах фазы обычно соединяют звездой с выведенной нейтральной точкой (рис. 3). При необходимости понижения напряжения электрическую энергию подводят к зажимам А, В, С и отводят от зажимов а, b, с, а при повышении напряжения - наоборот. Их применяют в качестве устройств для снижения напряжения при пуске мощных двигателей, а также для ступенчатого регулирования напряжения на зажимах нагревательных элементов электрических печей.
Рис. 3. Схема трехфазного автотрансформатора с соединением фаз обмотки звездой с выведенной нейтральной точкой
Трехфазные высоковольтные трехобмоточные трансформаторы используются также в высоковольтных электрических сетях.
Трехфазные автотрансформаторы, как правило, на стороне высшего напряжения соединяются в звезду с нулевым проводом. Соединение в звезду обеспечивает снижение напряжения, на которое рассчитывается изоляция автотрансформатора.
Применение автотрансформаторов улучшает КПД энергосистем, обеспечивает снижение стоимости передачи энергии, но приводит к увеличению токов короткого замыкания.
Расчет трансформаторов начинают с определения его вторичной полной мощности, которую можно принять равной произведению вторичного напряжения на вторичную силу тока  при полной нагрузке
 = +
По известной вторичной мощности определяется входная мощность
 = /Ƞ
Где Ƞ- КПД трансформатора, который определяется в соответствии таблицей 1.
Вторичная мощность, Вт
|
КПД трансформатора
|
15…50
50…150
150…300
300…1000
|
0,5…0,8
0,8…0,9
0,9…0,93
0,93…0,95
|
По первичной мощности определяется размеры магнитопровода. Сечение стержня сердечника трансформатора Q т определяется по эмпирическим формулам:
Для трансформатора стержневого типа Q т =(
Для трансформатора броневого типа Q т = 0,7(
Сечение сердечника в сантиметрах квадратных определяется через геометрические размеры Q т = ab
где a -ширина пластин, см; b- толщина пакета ленты, см.
Высота прямоугольного окна в сантиметрах определяется соотношением
H= (2,5…3,5)a
Соотношение размеров сечения сердечника может находиться в пределах
b/a= 1,5…2,0
Ширину окна сердечника в сантиметрах определяют по формуле
Сечение проводов первичной и вторичной обмоток определяется по формуле
s=I/δ
где s- сечение провода обмотки, мм; δ- плотность тока в обмотке. А/
Для трансформаторов мощностью до 100 ВА плотность тока принимается равной 3.5…4,5 А/ А/
Число витков в обмотках при частоте 50 Гц определяется по формуле
W= 
где  -величина магнитной индукции в сердечнике
Количество витков вторичной обмотки определяется из соотношения
 откуда 
Число витков обмоток можно определить через количество витков на 1В рабочего напряжения по формуле
Задача
Рассчитать трансформатор для питания от сети 220 В при первичном напряжении 127 В и силе тока 10 А. При этом принимаем следующие параметры, а=6 см, толщина пакета пластин равна b=7 см, плотность тока равна 2,0 А/ , приняв магнитную индукцию сердечника В=1,2
|
1 Указываются по необходимости в зависимости от специфики дисциплины
|
|
|
Скачать 462 Kb.