Лабораторна робота № 3.8. Визначення ККД трансформатора

↑

⇐ ПредыдущаяСтр 36 из 59Следующая ⇒

Контрольні запитання

1. Що називають магнітним полем?

2. Що називають силою Лоренца? Запишіть формулу для цієї сили.

3. Сформулюйте правило для визначення напрямку сили Лоренца.

4. Чи виконує сила Лоренца роботу? Чи змінюється швидкість зарядженої частинки, що влітає в постійне магнітне поле?

5. Якою буде траєкторія зарядженої частинки, що влетіла в магнітне поле а) перпендикулярно силовим лініям індукції магнітного поля;
б) за умов, коли кут не є прямим?

6. Виведіть формулу для розрахунку питомого заряду частинки, яка влітає в магнітне поле. Чому дорівнює її період обертання?

7. Від чого залежить радіус кривизни траєкторії зарядженої частинки, що влітає в магнітне поле?

Мета роботи: вивчити явища самоіндукції та взаємоіндукції; визначити залежність ККД трансформатора від струму навантаження.

Вказівки до виконання роботи

Для виконання роботи потрібно засвоїти такий теоретичний матеріал: явище електромагнітної індукції; явище самоіндукції; індуктивність; явище взаємної індукції, трансформатор.

Література: [1, т.2§§ 10.1, 10.2, 10.5; 2, §§ 122, 123, 128, 129; 3, §§ 9.8, 9.9; 4, т.2 §§ 60, 61, 66; 7, §§ 3.3.8-3.3.10].

Перед виконанням слід ознайомитися з вказівками до робіт
№ 3.6, № 3.9.

Явище виникнення електрорушійної сили індукції в замкненому контурі, розміщеному близько до замкненого контуру, в якому тече змінний струм, називають явищем взаємної індукції.

Контури зі змінними струмами, в яких виникає явище взаємоіндукції через взаємне перетинання магнітних потоків, мають індукційний зв’язок. Електрорушійні сили , що виникають унаслідок взаємоіндукції, пропорційні швидкості змін струмів у контурах, які мають індуктивний зв’язок (за законом Генрі):

     та ,

де , і мають назву коефіцієнтів взаємної індуктивності контурів.

Коефіцієнти взаємоіндукції, які є мірою магнітного зв’язку між контурами, залежать від геометричної форми, розмірів і взаємного розміщення контурів зі струмом, а також від магнітних властивостей середовища, у якому розміщені контури.

На практиці для збільшення значення  обидва контури насаджують на спільне залізне осердя, котре виготовляють із матеріалів з магнітною проникністю , до яких належать феромагнетики.

Явище взаємної індукції покладено в основу роботи трансформатора – пристрою для перетворення змінного струму однієї напруги в змінний струм іншої напруги за сталої частоти струму. Трансформатор складається з двох або більше обмоток, що мають спільне осердя з феромагнітного матеріалу (рис. 3.8.1).

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 повним опором обмотки за змінного струму:

,                        (3.8.1)

де R₁ – активний опір обмотки; w =2πν – циклічна частота змінного струму (ν = 50 Гц); L₁ – індуктивність обмотки; wL₁ – індуктивний опір первинної обмотки.

Робота трансформатора на навантаження супроводжується зменшенням індуктивного опору первинної обмотки, струм у ній зростає пропорційно навантаженню. 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:

.                                  (3.8.2)

Трансформатор характеризується коефіцієнтом трансформації:

.                       (3.8.3)

Коефіцієнт трансформації чисельно дорівнює відношенню кількості витків другої обмотки трансформатора до кількості витків першої обмотки та показує, у скільки разів змінюється вихідна напруга порівняно із напругою на вході трансформатора. Якщо , то трансформатор підвищує напругу і його називають підвищувальним, а за  трансформатор є знижувальним.

Розрізняють два види втрат потужності в трансформаторі: втрати в обмотках та втрати в осерді. Втрати потужності в обмотках виникають внаслідок їхнього нагрівання під час проходження струму (згідно із законом Джоуля – Ленца). Для зменшення цих втрат обмотки виготовляють з провідників, які мають малий питомий опір, наприклад, з міді.

Втрати в осерді зводяться до трьох факторів: виділення тепла від наведених струмів (струмів Фуко); втрати енергії, пов’язані з перемагнічуванням осердя; втрати внаслідок розсіювання магнітних силових ліній. Для протидії струмам Фуко осердя виготовляють з тонких пластин, ізольованих одна від одної. Для боротьби з втратами на перемагнічування осердя виготовляють з феромагнетику з малою коерцитивною силою. Коерцитивна сила
H_K – це напруженість такого зовнішнього магнітного поля (рис. 3.8.2), яка потрібна для розмагнічування осердя. Зменшення втрат шляхом розсіяння силових ліній досягають спеціальною геометричною формою осердя.

Коефіцієнтом корисної дії (ККД) називається відношення корисної потужності до витраченої:

.                                (3.8.4)

Якщо втрати потужності виразити через DР, формулу (3.8.4) можна записати у такому вигляді:

.                           (3.8.5)

Найпростіше врахувати втрати потужності можна так:

,                    (3.8.6)

де ,  − потужності теплових втрат відповідно в первинній та вторинній обмотці;  – потужність холостого ходу (враховуються всі види втрат, крім втрат в обмотках).

Тому остаточний вираз для розрахунку ККД трансформатора набуває такого вигляду:

.             (3.8.7)

Трансформатори різняться за призначенням, розмірами, типами і видами залежно від потреб конкретних споживачів електричного струму.

Трансформатори є основними елементами систем енергопостачання, електромашин, електрообладнання, електроустановок та їхніх деталей для отримання потрібної для них напруги живлення. Зокрема, можна виділити трансформатори для зварювальних апаратів, апаратів для прогріву бетону, ґрунту і труб, трансформатори для компресорів, транспортерів, бетономішалок, електроприводів будівельних машин, насосних и компресорних установок, гідродинамічні трансформатори для будівельних і транспортних машин, трансформатори для освітлення будівельних майданчиків, ручних електричних машин та інших споживачів енергії.

Познавательные статьи:



Алгоритмические операторы Matlab

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Исследования учёных: почему помогают молитвы?

Почему терпят неудачу многие предприниматели?