Учебно-методический план занятия

Учебно-методический план занятия

Дата: 30. 05. 2020

Группа: 1Ц-9-ДК, АТМ, 1 курс

Дисциплина: Физические законы на железнодорожном транспорте

Преподаватель: Блохина Т. Я.

Тема: Трансформаторы

Вид занятия: урок

Трансформатором называется статический (без движущихся частей) электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения.

Трансформаторы используют в системах передачи и распределения электроэнергии, а также для получения различных уровней напряжения на производстве и в быту. Их применение обеспечивает экономическую передачу электроэнергии к потребителям, передача ведется при повышенном напряжении, что позволяет уменьшить сечение проводов линий электропередачи (ЛЭП) и потер и мощности в них.

30 ноября 1876 г. – дата получения патента русским ученым – изобретателем П. Н. Яблочковым, считается датой рождения первого трансформатора. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки. Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 г. братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон.

По назначению трансформаторы делятся на силовые и специального назначения (измерительные, сварочные, согласующие и др. ). Силовые трансформаторы бывают одно- и трехфазные, повышающие и понижающие.

Трансформатор состоит из стального замкнутого магнитопровода и двух или нескольких индуктивно связанных между собой обмоток.

Магнитопровод необходим для усиления электромагнитной связи между обмотками.

Обмотка включенная в сеть источника электрической энергии, называется первичной; обмотка, от которой электрическая энергия подается к приемнику, - вторичной. Для уменьшения потерь от вихревых токов магнитопровод трансформатора собирают из листов электротехнической стали толщиной 0, 35 или 0, 5 мм. Листы изолируют друг от друга лаком, тонкой бумагой или слоем окалины, получаемой за счет социальной металлургической обработки их поверхностей. Листы обычно собирают “внахлест”, т. е. перекрытие зазоров. Это позволяет обеспечить высокую магнитную проводимость магнитопровода и ограничить пути для прохождения вихревых токов. Обмотки трансформаторов обычно выполняют в виде цилиндрических катушек из медных или алюминиевых изолированных друг от друга проводов круглого или прямоугольного сечения. Обмотка, соединенная с сетью более высокого напряжения, называется обмоткой высшего напряжения (ВН), а другая – обмоткой низшего напряжения (НН).

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитно индукции.

В трансформаторе имеются две индуктивно связанные обмотки: первичная с числом витков W1 и вторичная с числом витков W2. При подключении первичной обмотки к источнику переменного напряжения U1 по ней протекать ток I1, который возбудит в сердечнике трансформатора переменный первичный поток Ф. Этот поток, пронизывая витки обмоток трансформатора, будет индуцировать в них ЭДС Е1 и Е2, величина которых зависит от числа витков обмоток (W1 и W2), амплитуды магнитного потока и частоты его измерения. Если вторичную обмотку замкнуть на какой-либо приемник электрической энергии Z, то по этой обмотке и через приемник Z будет протекать ток I2.

Электрическая энергия, трансформируясь, передается о первичной цепи во вторичную цепь.

Действующие значения ЭДС, индуцируемые в первичной и вторичных обмотках трансформатора.

Потоки рассеяния и падения напряжения в сопротивлениях обмоток трансформатора достаточно малы, поэтому приближенно можно считать что напряжения на зажимах первичной U1, и вторичной U2, обмоток равны ЭДС этих обмоток, т. е. U1≈ E1 и U2≈ E2.

При холостом ходе трансформатора (отсутствии нагрузки на выходе) оба напряжения практически не отличается по величине от соответствующих ЭДС. Отношение напряжений на зажимах первичной и вторичной обмоток трансформатора при холостом ходе называется коэффициентом трансформации и обозначается буквой k:

Таким образом, если в трансформаторе первичная и вторичная обмотки имеют различное число витков, то при включении первичной обмотки в сеть переменного тока с напряжением на зажимах вторичной обмотки возникает напряжение , не равное напряжению . Если число витков вторичной обмотки меньше числа витков первичной, то в той же мере напряжение на зажимах вторичной обмотки меньше напряжения первичной обмотки и трансформатор является понижающим. Если же число витков вторичной обмотки больше числа витков первичной, то и напряжение вторичной обмотки больше напряжения вторичной обмотки больше напряжения первичной и трансформатор окажется повышающим.

Итак, можно сделать вывод:

действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции.

Электрическая энергия, трансформируясь, передается из первичной сети трансформатора во вторичную сеть.

В рабочем режиме работы трансформатора по его обмоткам и проходят точки и при напряжениях на обмотках и , а в номинальном рабочем режиме – номинальные точки и .

Пренебрегая падением напряжения в первичной обмотке трансформатора, можно считать, что . Тогда при неизменном по значению напряжении и при любой нагрузке трансформатора ЭДС постоянна. Так как ЭДС зависит от магнитного потока , то и магнитный поток при любой нагрузке можно считать постоянным.

Ток , проходящий во вторичной обмотке трансформатора, создает свой магнитный поток, который, согласно правилу Ленца, направлен встречно магнитному потоку первичной обмотки и стремится его уменьшить. Чтобы результирующий магнитный поток оставался неизменным, магнитный поток вторичной обмотки должен быть уравновешен магнитным потоком первичной обмотки, поэтому при увеличении тока увеличивается и ток . Магнитные потоки, создаваемые этими токами, уравновешиваются, и результирующий магнитный поток в сердечнике сохраняет практически неизменное значение.

Если пренебречь потерями в трансформаторе, то можно считать равными мощности трансформатора, потребляемую из сети и отдаваемому потребителю:

В синхронной машине обмотку, в которой индуцируется ЭДС и проходит ток нагрузки, называют обмоткой якоря, а часть машины, на которой расположена обмотка возбуждения – индуктором. Следовательно, в приведенной машине статор является якорем, а ротор – индуктором. Для принципа действия и теории работы машины не имеет значение – вращается якорь или индуктор, поэтому в некоторых случаях применяют синхронные машины с обращенной конструктивной схемой: обмотку якоря, в которой подключают нагрузка, располагают на роторе, а обмотку возбуждения, питаемую постоянным током, - на статоре. Такую машину называют обращенной. Обращенные машины имеют сравнительно небольшую мощность, так как у них затруднен отбор мощности от обмотки ротора. Для установившиеся режимов работы синхронной машины характерны следующие особенности: ротор машины, работающей как в двигательном, так и в генераторном режимах, вращается с постоянной частотой, равной частоте вращающегося магнитного поля, т. е. поэтому машина называется синхронной; частота изменения ЭДС, индуцируемой в обмотке якоря, пропорционально частоте вращения роторов; Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток такое же частоты, но другого напряжения. Трансформаторы используются в системах передачи и распределения электроэнергии, а также для получения различных уровней напряжения на производстве и в быту.

Выводы по изложенному учебному материалу:

1. Действия трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции.

2. Электрическая энергия, трансформируясь, передается из первичной сети трансформатора во вторичную.

3. При k≥ 1трансформатор понижающий, а при k≤ 1-повышающий. Трансформатор является обратимым прибором, поэтому любой трансформатор может быть использован как повышающий и как понижающий.

Загрузка трансформатора в рабочем режиме оценивается коэффициентом нагрузки

Где P₂-полезная мощность трансформатора; S_н- номинальная полная мощность трансформатора; cosφ -коэффициент мощности.

4. Потери в стали магнитопровода Δ Рст зависит от марки стали, из которой выполнен магнитопровод, от частоты переменного тока и магнитной индукции в магнитопроводе. Так как частота тока сети и магнитная индукция не изменяется при работе трансформатора, то и потери в стали не зависят от нагрузки и остаются постоянными и равны потерям холостого хода.

5. Прохождение токов по обмоткам трансформатора вызывает потери мощности в обмотках, пропорциональные квадрат коэффициента загрузки трансформатора.

Ответить на вопросы:

1. Какой электротехнический прибор называется трансформатором?

2. В чём состоит принцип работы трансформатора?

3. Какова область применения трансформаторов?

4. На каком явлении основано действие трансформатора?

5. Какие меры принимают для уменьшения вихревых токов в магнитопроводе трансформатора?

6. Что называется коэффициентом трансформации и как его определить?

7. Почему при увеличении нагрузки трансформатора увеличивается ток первичной обмотки?

8. Каким коэффициентом оценивается работа трансформатора при нагрузке?

9. Изменится ли ток в первичной обмотке трансформатора, если при изменении нагрузки увеличился ток во вторичной обмотке?

10. Какие параметры трансформатора определяют по данным опыта холостого хода?

11. Какие параметры трансформаторы определяют по данным опыта короткого замыкания?

12. Какую мощность измеряет ваттметр, включённый в первичную обмотку при холостом ходе трансформатора?

13. Что показывает ваттметр, включённый в цепь первичной обмотки трансформатора в опыте короткого замыкания?

14. От чего зависит потеря в стали магнитопровода трансформатора?

От чего зависит потери мощности в обмотках трансформатора?

Выполненное задание отправлять на эл. адрес: blohine68@mail. ru