- •Южно-Уральский государственный университет
- •Тема 1. Основные определения и законы
- •Электрический ток, электрическое напряжение, эдс, электрическое сопротивление, законы Ома и Джоуля-Ленца
- •Электрические цепи и их классификации
- •Вопросы к теме
- •Тема 2. Электрические цепи постоянного тока
- •2.1. Общие положения
- •2.2.Расчет сложной цепи постоянного тока
- •2.3.Последовательное и параллельное соединение сопротивлений
- •2.4.Электрическая энергия и работа. Мощность электрической цепи, баланс мощностей
- •2.5. Нелинейные цепи
- •Вопросы к теме
- •Тема 3. Однофазные электрические цепи синусоидального тока.
- •3.1. Синусоидальные ток, напряжение, эдс
- •3.2. Среднее и действующее значение переменного тока.
- •3.3.Векторные диаграммы.
- •3.4. Цепи с последовательным соединением элементов r l c.
- •3.5. Параллельное соединение, резонанс токов
- •3.5. Общий случай расчета
- •3.6. Мощность в цепи гармонического тока
- •3.7. Трехфазные линейные электрические цепи синусоидального тока
- •3.7.1 Трехфазный источник электрической энергии
- •3.7.2 Анализ электрических цепей при соединении трехфазного источника и приемника по схеме «звезда» с нулевым проводом
- •3.7.3 Соединение приемника по схеме «треугольник»
- •3.7. 4 Мощность трехфазной цепи
- •Контрольные вопросы к теме
- •Тема 4. Магнитное поле. Магнитные цепи
- •4.2. Свойства ферромагнитных материалов. Гистерезис
- •4.3. Две задачи расчета неразветвленных магнитных цепей с постоянными мдс
- •4.4. Катушка с ферромагнитным сердечником при гармонической намагничивающей силе
- •Контрольные вопросы к теме
- •Тема 5. Электрические машины переменного тока
- •5.1. Электрические трансформаторы
- •5.1.1. Общие сведения
- •5.1.2. Принцип действия электрического трансформатора
- •5.1.3 Работа электрического трансформатора в режиме холостого хода
- •5.1.4 Опыт короткого замыкания
- •5.1.5 Мощность потерь в трансформаторе, к.П.Д.
- •5.1.6. Автотрансформатор
- •5.2 Общие сведения об электрических машинах
- •5.2.1. Синхронная машина переменного тока
- •5.2.2. Асинхронный двигатель
- •Контрольные вопросы к теме
- •Тема 6. Машины постоянного тока
- •6.1 Общие понятия об устройстве машин постоянного тока и принципе их действия
- •6.2 Эдс обмотки якоря и электромагнитный момент
- •6.3.Реакция якоря машины постоянного тока
- •6.4. Искрообразование под щеткой
- •6.3. Классификация машин постоянного тока
- •6.4 Электрические двигатели постоянного тока
- •Из основного уравнения двигателя
- •6.5 Способы регулирования скорости двигателя постоянного тока
- •6.6 Пуск электродвигателей постоянного тока
- •Контрольные вопросы к теме
5.1.2. Принцип действия электрического трансформатора
Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции.
При подаче от источника электрической энергии напряжения u1 (рис. 39)на первичную обмотку электрического трансформатора в ней возникает ток i1, возбуждающий в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф1, который, пронизывая витки w1 первичной обмотки, создает в ней напряжение uL1 в результате явления самоиндукции.
Согласно закону электромагнитной индукции это напряжение определяется по формуле
uL1 = L dФ1 /dt .
Если Ф1 = Фm1 sin ωt, то dФ/dt = w • Фm1 cos ωt = w Фm1 sin(ωt + 90°). Следовательно
uL =UmL1sin(ωt + 90°),
Ток i1x также называют намагничивающим, так как он определяет значение результирующего магнитного потока Ф0.
В связи с вышеизложенным, следует, что результирующий (суммарный) магнитный поток в магнитопроводе электрического трансформатора в режиме нагрузки приблизительно равен магнитному потоку первичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода.
5.1.3 Работа электрического трансформатора в режиме холостого хода
Режим холостого хода - такой режим работы электрического трансформатора, при котором его вторичная цепь разомкнута, и ток в ней равен нулю (i2 = 0).
Под действием приложенного напряжения u1 по первичной обмотке протекает ток i1x, возбуждающий в магнитопроводе магнитное поле Ф0.
Большая часть магнитного потока замыкается в магнитопроводе. Однако небольшая часть этого потока замыкается вокруг витков только первичной обмотки, образуя поток рассеяния ФS, и не индуктирует напряжение взаимоиндукции uM2 во вторичной обмотке.
В первичной обмотке Ф0 индуктирует напряжение
uS1 = 2πfLS1I1x = хLS1 • I1x,
где LS1 - индуктивность рассеяния первичной обмотки трансформатора;
xls1 – индуктивное сопротивление рассеяния этой обмотки. Кроме того, первичная обмотка обладает резистивным сопротивлением r1. На рис. 40 представлена схема замещения электрического трансформатора с учетом резистивных сопротивлений r1 и r2 первичной и вторичной обмоток и их индуктивностей рассеяния LS1 и LS2.
Составим уравнение для первичной цепи по II закону Кирхгофа в комплексной форме
Ů1 = İ1х r1 + İjx1S + Ů1L , (1)
чему соответствует векторная диаграмма напряжений и токов на рис.41
Рис.
40- Схема замещения трансформатора в
режиме холостого хода
Ů1L
Рис.41. Векторная диаграмма напряжений и тока трансформатора в режиме
холостого хода
Для проведения опыта холостого хода собирается электрическая цепь согласно схеме рис.42.
При U1x =U1н ток I1x составляет 3… 10 % от номинального первичного тока I1н. Следовательно, в формуле (1) слагаемыми ULS1 = jxS1 Ilx и Ur1 = r1 • I1x можно пренебречь. Тогда имеем:
U1x = U.L1
При разомкнутой цепи вторичной обмотки
U2x = U M2,
Рис. 42 - Схема опыта холостого хода трансформатора
поэтому, измерив вольтметром PV1 первичное напряжение U1x и вольтметром PV2 - вторичное напряжение U2x, определяют коэффициент трансформации
Этот коэффициент указывается на щитках электрических трансформаторов как отношение высшего напряжения к низшему (например, K = 6000/230).
При холостом ходе 1\х«1\н и мощность потерь в проводах первичной обмотки (потери в меди) PМ1 мала по сравнению с потерями в стали Pс. Поэтому в опыте холостого хода по показаниям ваттметра pW определяют мощность потерь в магнитопроводе.