Why is AC voltage required for a transformer to operate?

A DC voltage across the primary winding is constant, so the resulting magnetic flux is also constant with zero rate of change. According to Faraday's Law, an induced voltage equals the flux's rate of change multiplied by the number of windings. Only AC voltage produces a magnetic flux with a non-zero rate of change, inducing voltage on the secondary winding.

How does the turns ratio determine transformer voltage and current relationships?

The turns ratio equals the number of primary turns divided by secondary turns. The voltage ratio across primary to secondary equals the turns ratio, while the current ratio is the inverse. For example, a 0.1 turns ratio steps up 120 volts to 1200 volts but reduces 10 amps to 1 amp, demonstrating how turns ratio controls voltage and current transformation.

What is mutual induction and how does it work in transformers?

Mutual induction occurs when voltage across the primary winding causes current to flow, creating a magnetic field. Magnetic flux couples through the core to the secondary winding, inducing voltage there. This principle enables transformers to transfer power between windings without direct electrical connection, providing the foundation for transformer operation.

How do real transformers differ from ideal transformers?

Ideal transformers transfer energy without loss, but real transformers experience leakage inductance from magnetic flux that doesn't contribute to energy transfer between windings. Additionally, winding resistances cause power dissipation and heating, while core loss resistance generates heat from magnetic flux induced in the core, reducing overall efficiency.

What does the DC winding resistance test measure and why is it important?

The DC winding resistance test measures the resistance of each primary and secondary winding by applying DC voltage and recording voltage and current readings. Dividing voltage by current yields winding resistance, which is essential for creating the equivalent circuit model of the transformer and understanding its real-world performance characteristics.

What parameters does the open-circuit test determine?

The open-circuit test measures core loss resistance and mutual reactance by applying voltage to the primary while leaving the secondary open. Using open-circuit voltage, current, real power, and power factor measurements, engineers calculate core loss resistance from voltage and power, and mutual reactance similarly, characterizing the transformer's magnetic properties.

How does electrical isolation in transformers enhance safety?

When input and output terminals don't share a common connection, transformers transfer power with complete physical separation between primary and secondary sides. This isolation prevents hazardous high-voltage electricity from reaching safe low-voltage circuits and people, making transformers critical for safe operation of laboratory instruments and medical devices.

Однофазные трансформаторы

0 views10:50 min

1. Тест постоянного тока

Включите низковольтный источник питания постоянного тока, имеющийся на стенде.
Установите его выходное напряжение на 0 В, а предел тока установите на 0,8 А.
Дважды проверьте соединения цепи, затем подключите выход источника питания через обмотки основной стороны (IN1 и IN2). Оставьте боковые обмотки вторичной обмотки (OUT1 и OUT2) открытыми.
Включите питание и немного увеличьте напряжение до тех пор, пока не будет достигнут предел тока. Обратите внимание, что на момент включения источник питания может быть уже ограничен по току. Не увеличивайте текущий лимит.
Записывайте показания напряжения и тока с дисплея источника питания.
Установите напряжение обратно на 0 В и отключите питание.
Отрегулируйте ограничение тока на 4 А, затем подключите выход питания через обмотки вторичной обмотки (OUT1 и OUT2). Оставьте основные боковые обмотки (IN1 и IN2) открытыми.
Включите питание и немного увеличьте напряжение до тех пор, пока не будет достигнут предел тока. Обратите внимание, что на момент включения источник питания может быть уже ограничен по току. Не увеличивайте текущий лимит.
Записывайте показания напряжения и тока с дисплея источника питания. Для этого трансформатора входное напряжение составляет 3,5 В, а ток — 0,8 А.
Установите напряжение обратно на 0 В, выключите источник питания и отсоедините его.
Измерьте сопротивление на первичных обмотках с помощью мультиметра.
Измерьте сопротивление на вторичных обмотках с помощью мультиметра.
Обычно сопротивление стороны с более высоким напряжением выше, чем сопротивление со стороны с более низким напряжением, из-за того, что мощность с обеих сторон идеально одинакова, а более высокое напряжение означает меньший ток и, следовательно, меньшее сопротивление. Испытание постоянным током и измеренное сопротивление на мультиметре должны точно совпадать.

2. Испытание на обрыв цепи

Убедитесь, что трехфазный источник выключен.
Подключите цепь для проверки обрыва цепи (рис. 1). Используйте цифровой измеритель мощности.
Убедитесь, что VARIAC находится на уровне 0%.
Убедитесь, что соединения цепи соответствуют ожидаемым на рисунке 1, а затем включите трехфазный источник.
Медленно регулируйте ручку VARIAC до тех пор, пока показания напряжения на цифровом измерителе мощности не достигнут 24 В.
Запишите напряжение, ток, реальную мощность и коэффициент мощности измерителя мощности.
Установите VARIAC обратно на 0%, выключите трехфазный источник и отключите выход VARIAC.
При испытании на холостом ходу или на холостом ходу реактивное сопротивление намагничивания (X_m) и сопротивление потерям в сердечнике (R_C) определяются по измерениям тока (I_OC), напряжения (V_OC) и мощности (P_OC) следующим образом:
R_C= V_OC²/P_OC (1)
и X_m= V_OC²/Q_OC (2)
где Q_OC²=(V_OCI_OC)²- P_OC² (3)

Рисунок 1: Тестовая схема постоянного тока. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

3. Испытание на короткое замыкание

Убедитесь, что трехфазный источник выключен.
Подсоедините цепь для проверки на короткое замыкание (рис. 2). Убедитесь, что IN1 и IN2 подключены к выходу VARIAC.
Убедитесь, что VARIAC находится на уровне 0%.
Рассчитайте номинальный входной ток трансформатора. Это можно найти путем деления номинального номинала VA на номинальное напряжение на входной стороне. Например, если входное напряжение составляет 115 В, а номинальное напряжение ВА равно 100 ВА, номинальный входной ток составляет 100/115= 0,87 А.
Проверьте схему, а затем включите трехфазный источник.
Медленно и осторожно отрегулируйте ручку VARIAC до тех пор, пока показания тока на цифровом измерителе мощности не достигнут номинального входного тока.
Запишите напряжение, ток, реальную мощность и коэффициент мощности на измеритель мощности.
Установите VARIAC обратно на 0%, выключите выключатель и отсоедините выход VARIAC. Не отключайте трехфазный кабель VARIAC.
Устраните короткое замыкание, расположенное поперек вторичной обмотки трансформатора.
При испытании на короткое замыкание реактивное сопротивление утечки (X₁+X₂'=X_eq) и сопротивление провода (R₁+R₂'=R_eq) обеих обмоток определяются по измерениям тока (I_SC), напряжения (V_SC) и мощности (P_SC) следующим образом:
R_eq=P_SC/I_SC² (4)
и X_eq= Q_SC/I_SC² (5)
где Q_SC²=(V_SCI_SC)²- P_SC² (6)
Предполагается, что X₁ равен X₂', в то время как R₁ и R₂' могут быть использованы из теста DC (или хотя бы один из них). Если испытание постоянным током не проводится, принято считать, что R₁ и R₂' равны.

Рисунок 2: Схема испытания на короткое замыкание. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

4. Нагрузочный тест

Нагрузочные тесты показывают, как значения тока и напряжения коррелируют между входной и выходной сторонами трансформатора, где в идеале V₁/V₂= I₂/I₁ = N₁/N₂ = a, где N - количество витков, индексы 1 и 2 - для первичной и вторичной сторон соответственно, а a — передаточное число оборотов. Импеданс на вторичной стороне, отраженный на первичной стороне, составляет R'=a²R или X'=a²X.

Убедитесь, что трехфазный источник выключен.
Подсоедините цепь для испытания под нагрузкой (рис. 3). Убедитесь, что IN1 и IN2 подключены к выходу VARIAC.
Убедитесь, что VARIAC находится на уровне 0%.
Подключите дифференциальный пробник напряжения осциллографа к первичной точке в режиме 1/200. Отрегулируйте измерение пробника для смещения 0 В с соответствующим коэффициентом масштабирования.
Подключите осциллограф для измерения тока нагрузки. Отрегулируйте измерение пробника для смещения 0 мВ с коэффициентом масштабирования 1X для настройки 100 мВ/А.
Проверьте цепь, а затем включите трехфазный разъединитель.
Медленно отрегулируйте ручку VARIAC до тех пор, пока _{V P} не покажет 115 В.
Записывайте напряжение, ток, реальную мощность и коэффициент мощности обоих цифровых измерителей мощности.
Захватите экран осциллографа с отображением не менее трех циклов.
Выключите трехфазный источник и установите VARIAC на 0%.
Замените резистор 100 Ω на три резистора 100 Ω параллельно.
Включите трехфазный источник и медленно отрегулируйте ручку VARIAC до тех пор, пока _{V P}не покажет 115 В.
Записывайте только показания двух цифровых измерителей мощности (без захвата экрана осциллографа).
Установите VARIAC обратно на 0%, выключите выключатель и отсоедините настройку.