Изучение принципа действия трансформатора. Расчет трансформатора и представление его чертежа общего вида

Цель работы: изучение принципа действия трансформатора, освоение методики расчета маломощного трансформатора электропитания на ЭВМ, непосредственный расчет трансформатора и представление его чертежа общего вида.

Приборы и оборудование: клавиатура, мышь, монитор, PC и Trans32.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.  Какие параметры трансформатора определяются в режиме холостого хода?

Напряжение на первичной, вторичной обмотках, ток холостого хода, мощьность, определяющая потери стали, коэффициент трансформации для каждой из обмоток, активное сопротивление первичной обмотки (r₀ = P₀ /I₀² ), реактивное сопротивление первичной обмотки (X₀ = U₁/I₀), комплексное сопротивление первичной обмотки (|Z₀| = √(r₀² + X₀²)).

2. Какие параметры трансформатора определяются в режиме короткого замыкания?

В режиме короткого замыкания измеряют и определяют напряжение короткого замыкания, ток в первичной обмотке, равный номинальному току, мощность, потребляемая трансформатором, определяющую потери в меди, потери в проводах обмоток при номинальном токе, сопротивление трансформатора при коротком замыкании, активная и реактивная составляющая напряжения короткого замыкания.

3 . Что называется полной отдаваемой и полной потребляемой мощностями трансформатора?

Полная потребляемая мощность: VA₁=E₁I₁=4k_фk_сf₁S_cB_mI₁ [ВА]. Полная отдаваемая мощность:

4.  Что характеризует собой типовая мощность трансформатора и в чем ее отличие от мощности, потребляемой трансформатором из сети? Назовите схемы выпрямителей, в трансформаторе которых эти мощности одинаковы?

Типовая (габаритная) мощность: , где N – число обмоток. Ее отличие от потребляемой мощности в том, что при более точном приближении S_т зависит от числа фаз трансформатора, числа обмоток, частоты тока, толщины изоляции и др. Схема Ларионова –наглядный пример выпрямителя, для которого S_т=1.05∙P₀.P₀, т. е. типовая мощность почти равна мощности, потребляемой от сети;

Мощность, потребляемая от источника, представляет собой произведение напряжения первичной обмотки U₁ на ток первичной обмотки I₁:

S = U₁∙I₁

5. Как влияет частота сети на габаритные размеры и вес трансформатора?

, т. е. увеличение частоты и повышение электромагнитных нагрузок приводит к уменьшению линейных и массогабаритных показателей;

6. Как зависят параметры и КПД от тока нагрузки?

Зависимость параметров и КПД трансформатора от тока нагрузки определяется коэффициентом нагрузки, который представляет собой отношение значения тока вторичных обмоток к их номинальному значению.

β = I₂ / I_{2 HOM} ;

7. Каков диапозон значений коэфицентов трансформации автотрансформаторов?

Рекомендуемый диапазон значений коэффициента трансформации автотрансформатора находится в пределах 1…2

8. Каким образом производится выбор магнитопрвода трансформатора?

Применяют стержневые и броневые магнитопроводы. Трансформаторы больших и средних мощностей выполняют стержневыми, т. к. в броневых трудно изолировать обмотки высшего напряжения от магнитопровода. Для измерительных и лабораторных трансформаторов применяют тороидальные магнитопроводы из-за малого магнитного сопротивления и нечувствительности к внешним полям. Также магнитопровод выбирают по произведению  и далее по таблицам;

S_ст-площадь поперечного сечения сердечника, S_ok-площадь окна магнитопровода.

9. Как определяют число витков первичной и вторичной обмоток?

Количество витков первичной обмотки выбирают, учитывая отдаваемую мощность, максимальные ток и напряжение. Количество витков вторичной обмотки выбирают в зависимости от коэффициента трансформации трансформатора. ЭДС, индуктируемая в одном витке:  и далее число витков каждой обмотки трансформатора: ;

10. Как выбирают обмоточные провода?

Обмоткам придают преимущественно цилиндрическую форму, выполняя их при малых токах из круглого изолированного провода, а при больших токах из шин прямоугольного поперечного сечения. Определяются диаметр провода обмотки трансформатора (без учета толщины изоляции): , средняя длина витка обмотки трансформатора R_ср и длина каждой обмотки: . Сопротивление каждой обмотки: , число витков вторичных обмоток: , для первичной обмотки: . Толщина каждой обмотки броневого трансформатора: , толщина катушки трансформатора: . Потери мощности на сопротивлениях обмоток, считая потери в первичной обмотке при протекании по ней полного тока: .

11. В чем заключается проверка теплового режима трансформатора?

При проверке теплового режима трансформатора находят перегрев сердечника по отношению к окружающей среде. Перегрев для каждой марки провода не должен превышать определенной температуры. Если тепловой режим неудовлетворительный, то уменьшают плотность тока. Приближенная формула для нахождения перегрева сердечника: , где S_охл – охлаждающая поверхность обмоток.

12. В чем заключаются особенности расчета трансформаторного преобразователя?

В преобразователях используются насыщающиеся или перенасыщающиеся трансформаторы. В первом Типе трансформаторов рекомендуется применять в сердечнике материалы с формой  петли Гистерезиса близкой к прямоугольной. На частотах свыше 5 – 10 кГц используются ферритовые сердечники, форма петли Гистерезиса которых не напоминает прямоугольник.

В расчетных формулах значение индукции для насыщаемых трансформаторов выбирается значение индукции В = Bs, для не насыщаемых В = (0,7…0,9)∙ Bs.

Плотность тока в обмотках преобразователя можно примерно определить по формуле

J = 0.62∙ln(1/P_тип) + 3

В расчетных формулах следует также учитывать форму воздействующего напряжения. Учет производится учетом коэффициента формы сигнала К_A? для формы косинуса К_ф = 1,11, для синусоидальной К_a = 1.