Условие.

Однофазный трансформатор, первичная обмотка которого включена в сеть, работает на холостом ходу. Вольтметр, включённый к зажимам первичной обмотки, показал напряжение 660 В, а вольтметр, включённый к зажимам вторичной обмотки, показал напряжение 220 В. Число витков первичной обмотки равно 330.

Определить коэффициент трансформации трансформатора и число витков вторичной обмотки.

Решение.

1. Определяем коэффициент трансформации трансформатора по (2):

.

2. Определяем число витков вторичной обмотки из (2):

.

Затем продолжили объяснение материала.

Если на зажимах первичной обмотки напряжение больше, чем напряжение на зажимах вторичной обмотки, то трансформатор является понижающим, а если наоборот, то повышающим. У понижающих трансформаторов w₁  w₂ и k_Т  1, у повышающих трансформаторов w₁  w₂ и k_Т  1.

Вы разобрали еще один пример.

Условие.

Повышающий однофазный трансформатор, первичная обмотка которого включена в сеть, работает на холостом ходу. Вольтметр, включённый на зажимы первичной обмотки, показал напряжение 220 В. Коэффициент трансформации трансформатора равен 0,1. Число витков первичной обмотки равно 330.

Определить напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора. Определить число витков вторичной обмотки.

Решение.

1. Определяем напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора на основании (2):

.

2. Определяем число витков вторичной обмотки из (2):

Затем продолжили объяснение материала.

Режим работы трансформатора, при котором его вторичная обмотка разомкнута, а на зажимы первичной обмотки подано номинальное напряжение, называется холостым ходом трансформатора. Ток, протекающий в первичной обмотке трансформатора в этом режиме, называется током холостого хода. Если к зажимам вторичной обмотки подключить потребителей электроэнергии, то трансформатор начнёт работать в режиме нагрузки.

Вы предложили студентам ответить на следующие вопросы:

1. Для чего предназначен трансформатор?

2. В чём суть явления электромагнитной индукции?

3. Сформулируйте и математически запишите закон электромагнитной индукции.

4. Составьте и опишите конструктивную схему однофазного трансформатора.

5. Опишите принцип действия однофазного трансформатора.

6. Что такое коэффициент трансформации однофазного трансформатора?

7. Как определить коэффициент трансформации однофазного трансформатора опытным путём?

8. Какой однофазный трансформатор называют понижающим?

9. Какой однофазный трансформатор называют повышающим?

10. Перечислите режимы работы однофазного трансформатора.

11. Однофазный трансформатор имеет 2200 витков в первичной обмотке. Эта обмотка предназначена для работы с напряжением 220 В. Необходимо, чтобы напряжение на зажимах вторичной обмотки было 22 В. Определить число витков вторичной обмотки.

12. Перечислите физические явления, которые наблюдаются в первичной обмотке однофазного трансформатора.

13. Перечислите физические явления, которые наблюдаются во вторичной обмотке однофазного трансформатора.

14. Перечислите физические явления, которые наблюдаются в магнитопроводе однофазного трансформатора.

15. В чем заключается явление вихревых токов и чем оно сопровождается?

16. Как конструктивно уменьшают вихревые токи?

17. В чем заключается явление перемагничивания магнитопровода и чем оно сопровождается?

18. Как конструктивно уменьшают петлю гистерезиса?

Объяснили физические явления и процессы, наблюдаемые в элементах конструкции трансформатора

При работе однофазного трансформатора в элементах его конструкции наблюдаются следующие физические явления и процессы.

В первичной обмотке:

• явление электрического тока;

• явление электромагнетизма;

• явление электромагнитной индукции (самоиндукции);

• явление теплового действия тока;

• процесс нагрева обмотки.

Во вторичной обмотке:

• явление электромагнитной индукции (взаимной индукции);

• явление электрического тока;

• явление электромагнетизма;

• явление теплового действия тока;

• процесс нагрева обмотки.

В магнитопроводе:

• явление электромагнитной индукции;

• явление вихревых токов;

• явление теплового действия вихревых токов;

• явление гистерезиса;

• явление теплового действия гистерезиса;

• процесс нагрева магнитопровода.

Помимо этого происходит обмен тепловой энергией между элементами конструкции трансформатора и окружающей средой.

Объяснили энергетическую диаграмму трансформатора.

При работе трансформатор потребляет из сети электрическую энергию одного напряжения, а отдаёт потребителю электрическую энергию другого напряжения. При протекании этого процесса происходят потери энергии в виде тепла в элементах конструкции трансформатора (как показано выше): потери в обмотках, потери в магнитопроводе. Рассмотрим данный процесс преобразования энергии на энергетической диаграмме трансформатора.

На энергетической диаграмме обозначено:

Р₁ – активная мощность, потребляемая трансформатором, Вт;

Р_эл1 – потери активной мощности в первичной обмотке (в результате теплового действия протекающего в ней тока), Вт;

Р_мг – потери активной мощности в магнитопроводе трансформатора(в результате теплового действия вихревых токов и гистерезиса), Вт;

Для снижения этих потерь магнитопровод выполняют из листов электротехнической стали с содержанием кремния 4 – 5 %, толщина листов 0,35 – 0,5 мм при частоте тока 50 Гц, листы изолируют друг от друга;

Р_эл2 – потери активной мощности во вторичной обмотке (в результате теплового действия протекающего в ней тока), Вт;

Р₂ – активная мощность, отдаваемая трансформатором, Вт.

Сумма потерь активной мощности в трансформаторе равна:

Р_ = Р₁ – Р₂ = Р_эл.1 + Р_мг + Р_эл.2 . (3)

Потери в обмотках трансформатора:

, (4)

, (5)

где r₁, r₂ – активные сопротивления обмоток трансформатора, Ом;

I₁, I₂ – действующие значения сил токов в обмотках трансформатора, А.

Коэффициент полезного действия трансформатора равен:

. (6)

Коэффициент мощности трансформатора равен:

, (7)

Где Р₁ – активная мощность, потребляемая трансформатором из сети, Вт;

S₁ – полная мощность, потребляемая трансформатором из сети, ВА.

Предложили студентам ответить на следующие вопросы:

1. Какие физические явления в первичной обмотке приводят к появлению магнитного потока в магнитопроводе?

2. В чем суть явления самоиндукции?

3. Какое физическое явление приводит к нагреву первичной обмотки?

4. Какое физическое явление приводит к появлению напряжения на зажимах вторичной обмотки?

5. Какое физическое явление приводит к нагреву вторичной обмотки?

6. Какие физические явления приводят к нагреву магнитопровода?

7. В каких частях трансформатора наблюдаются электрические потери?

Вы предложили студентам выполнить творческое конструкторско-экспериментальное задание.

1. Спроектировать и изготовить устройство контроля уровня напряжения на вторичной обмотке. Предлагается выполнить задание в электронном варианте с действием на сигнал при снижении заданного уровня напряжения.

2. Испытать устройство в лабораторных условиях, для чего разработать методику и выбрать аппаратуру для испытания.

197