Приведенный трансформатор [7]

Таким образом, вместо реального трансформатора с коэффициентом трансформации k = w₁ / w₂, получают эквивалентный трансформатор с k = w₁ / w₂ = 1. Такой трансформатор называется приведенным. Приведение параметров трансформатора не должно отразиться на его энергетическою процессе, то есть все мощности и фазы вторичной обмотки должны остаться такими же, что и в реальном трансформаторе.

Так, например, если полная мощность вторичной обмотки реального трансформатора S₂ = E₂ I₂, то она должна быть равна полной мощности вторичной обмотки приведенного трансформатора:

Используя ранее полученное выражение I ₂‘ = I₂ w₂/w₁, напишем выражение для E₂‘:

Приравняем теперь активные мощности вторичной обмотки:

Приведенное сопротивление трансформатора

Определим приведенное активное сопротивление:

по аналогии:

Уравнения ЭДС и токов для приведенного трансформатора теперь будут иметь вид:

Т-образна схема замещения.

Одним из методических приемов, облегчающих исследование электромагнитных процессов и расчет трансформаторов, является замена реального трансформатора с магнитными связями между обмотками эквивалентной электрической схемой (схемой замещения).

Схема приведенного трансформатора:

Рис. 1

На этом рисунке представлена эквивалентная схема приведенного трансформатора, на которой сопротивления r и x условно вынесены из соответствующих обмоток и включены с ними последовательно. Так как k = 1, то E₁ = E₂. Поэтому точки А и а, а также Х и х на приведенном трансформаторе имеют одинаковые потенциалы, что позволит электрически соединить эти точки, получив Т-образную эквивалентную схему замещения.

Т-образная схема замещения трансформатора

Рис. 2

Произведя математическое описание этой схемы методами Кирхгофа, можно сделать вывод о том, что она полностью соответствует уравнениям ЭДС и токов реального трансформатора (см. Приведенный трансформатор). Отсюда появляется возможность электрического моделирования трансформатора на ЭВМ. Проводя исследования относительно нагрузки z₂‘ (единственного переменного параметра схемы), можно прогнозировать реальные характеристики трансформатора, начиная от холостого хода и кончая коротким замыканием (z₂‘ = 0).[7]

2 Однофазные и трехфазные трансформаторы

2.1 Однофазные трансформаторы

Однофазный трансформатор применяется в однофазной цепи переменного тока. Трансформатор состоит: из замкнутого сердечника, собранного из листовой трансформаторной стали, на котором располагаются две или несколько обмоток - изолированного провода. Обмотки, подключаемые к источнику тока, называется первичной, а обмотка, с которой снимается напряжение - вторичной. У трехобмоточного трансформатора имеются две вторичные обмотки, что дает возможность получить два различных напряжения. Сердечник делается из листов электротехнической стали толщиной 0,35 мм - 0,5 мм и служит магнитопроводом трансформатора. Для уменьшения вихревых токов, а следовательно, и потерь в стали листы сердечника изолируются лаком.

В зависимости от формы сердечника однофазные трансформаторы бывают стержневые и броневые. В стержневом трансформаторе магнитопровод имеет форму замкнутого прямоугольника (Рисунок 4), а первичная и вторичная обмотка надеты на оба стержня; причем одна половина обмотки - на одном стержне, а другая половина - на другом. Обмотка с меньшим числом витков толстого провода размещается ближе к сердечнику и обозначается на схемах НН (низшее напряжение), поверх нее наматывается обмотка с большим числом витков толстого провода и обозначается на схемах ВН (высшее напряжение). Намотка обмоток на обоих стержнях проводиться так, чтобы их магнитные потоки складывались, т. е. если в обмотке на первом стержне намотка идет по часовой стрелке, то на второй против. 

Рисунок 4— Конструкции однофазного трансформатора. а)стержневого типа, б)броневого типа.

В броневом трансформаторе первичные вторичные обмотки находятся на стержне магнитопровода, который разветвляется и охватывает обмотки. Обмотка броневого трансформатора выполняется так же, как и стержневого, или в виде дисковой катушки, где чередуются диски высшего и низшего напряжения. Принцип действия однофазного трансформатора, как и всех других трансформаторов, основан на явлении электромагнитной индукции. Если в первичную обмотку с числом витков N1, подавать переменный ток I1 напряжением U1 от какого-либо источника, то под действием этого тока, намагничивающей силе I1N1, в магнитопроводе образуется переменный магнитный поток, который сцеплен с обеими обмотками и в них индуктирует ЭДС.

Простейший однофазный трансформатор (Рисунок 5) состоит из рамообразной магнитной системы, включающей два стержня 5, верхнее 4 и нижнее 5 ярма, обмоток высшего 1 и низшего 2 напряжения. Левый стержень, если смотреть на трансформатор со стороны выведенных от обмоток ВН концов (отводов), принято обозначать буквой А, правый — X. Чтобы двухстержневую магнитную систему однофазного трансформатора использовать наиболее рационально и трансформатор конструктивно был более компактным, обмотки ВН и НН как бы делят на две части и размещают их на стержнях А и X. Соединив между собой параллельно или последовательно отдельные части обмоток ВН и со- ответственно НН, от обмоток, размещены на стержне А, выводят их «начала», а на стержне X — их «концы».

Рисунок 5 — Устройство простейшего однофазного трансформатора

Трансформацию трехфазного тока однофазными трансформаторами осуществляют следующим образом: устанавливают рядом три однофазных трансформатора, образующих трехфазную группу, и внешние зажимы обмоток ВН и НН (при трехобмоточных трансформаторах и СН) соединяют в трехфазные электрические схемы (звезда — звезда, звезда — треугольник). Полученная трехфазная трансформаторная группа имеет общую электрическую схему, а электромагнитная система каждого трансформатора работает раздельно.

Рисунок 6 — Получение трехфазного трансформатора из трех однофазных: а — схема объединения трех магнитных систем с фазными обмотками в одну трехфазную, б — схема пространственной симметричной магнитной системы трехфазного трансформатора

Однофазные трансформаторы небольшой мощности применяют в качестве сварочных, измерительных, испытательных, специального назначения и для бытовых нужд.

Мощные однофазные силовые трансформаторы служат для трансформации электрической энергии трехфазного тока и для питания специальных промышленных установок.[5,6]