1 Назначение и принцип действия трансформаторов.Режим холостого хода.Векторная диаграмма.

Назначение трансформатора

Трансформаторы используются в цепях переменного тока для преобразования величины переменного напряжения (тока).Трансформатор называют силовым, если он служит непосредственно для питания приемников электрической энергии (нагрузки) или для передачи электрической энергии на большие расстояния. Кроме силовых трансформаторов существуют различные специализированные трансформаторы. Для измерения больших значений токов, напряжений, мощностей, энергии применяются так называемые измеритель ные трансформаторы. Для дуговой электросварки – сварочные трансформаторы, в радиотехнике согласующие трансформаторы, в устройствах автоматики трансформаторы могут использоваться для преобразования формы переменного напряжения (импульсные трансформаторы). Принцип действия трансформатора Простейший трансформатор состоит из магнитопровода, выполненного из ферромагнитного материала, на котором размещены две обмотки (катушки). Обмотка с числом витков w2 подключается к нагрузке

Рис. 7.1. Однофазный трансформатор (а) и его УГО(б)

Если первичную обмотку трансформатора включить в сеть синусоидального переменного тока с напряжением U1, то в обмотке возникает переменный ток I1. Этот ток создает переменный магнитный поток, который замыкается по стальному сердечнику. Пусть магнитный поток изменяется по синусоидальному закону Ф = Фmsin(ωt). Пронизывая витки первичной и вторичной катушек, переменный магнитный поток наводит в них ЭДС в соответствии с законом электромагнитной индукции.

Если подключить нагрузку, то под действием ЭДС Е2 во вторичной обмотке возникает ток I2, создающий напряжение на нагрузке U2. Вторичную обмотку можно считать источником электроэнергии с ЭДС Е2 . В практику анализа и расчета вводят понятие коэффициента трансформации трансформатора, определяемого отношением ЭДС первичной и вторичной обмоток

Если напряжение U2 < U1, то трансформатор называется понижающим. Это имеет место, если w1 > w2 (K > 1). В противном случае трансформатор называется повышающим(K < 1). В соответствии с этим различают обмотку высшего ВН и обмотку низшего НН напряжения. Понятно, что обмотками ВН и НН могут быть как первичная, так и вторичная обмотки.

Трансформатор обладает свойством обратимости, то есть один и тот же трансформатор можно использовать в качестве повышающего или понижающего в зависимости от того, какую обмотку подключать к источнику электроэнергии. Трансформаторы в режиме холостого хода В режиме холостого хода нагрузка отключена, ток вторичной цепи

I2хх= 0 (рис. 7.3).

2. Трансформатор под нагрузкой .Уравнения электрического равновесия и м.Д.С.

При подключении нагрузки к вторичной обмотке во вторичной цепи возникает ток, создающий магнитный поток в магнитопроводе, направленный противоположно магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. В результате в первичной цепи нарушается равенство ЭДС индукции и ЭДС источника питания, что приводит к увеличению тока в первичной обмотке до тех пор, пока магнитный поток не достигнет практически прежнего значения. Схематично, процесс преобразования можно изобразить следующим образом:

Мгновенный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора определяется интегралом по времени от мгновенного значения ЭДС в первичной обмотке и в случае синусоидального напряжения сдвинут по фазе на 90° по отношению к ЭДС. Наведённая во вторичных обмотках ЭДС пропорциональна первой производной от магнитного потока и для любой формы тока совпадает по фазе и форме с ЭДС в первичной обмотке.

Равенство магнитных потоков во всех режимах означает равенство магнитодвижущих сил, их создающих. В режиме холостого хода мдс равна w1I&1xx . Под нагрузкой мдс создается двумя токами w1I1 и w2I2.

Разделив левую и правую части на W1, получим

Если пренебречь током холостого хода и не учитывать фазы этих токов, то соотношение между токами будет иметь простой вид:

Всякое изменение тока нагрузки I2 вызывает соответствующее изменение тока в первичной цепи несмотря на то, что первичная и вторичная цепи электрически не связаны между собой.

Тот факт, что трансформаторы имеют высокий кпд, достигающий 99 % и выше, означает равенство мощностей первичной и вторичной цепей: