36.Устройство и принцип действия однофазного двухобмоточного трансформатора. Уравне­ния трансформаторных эдс.

Трансформатор  электро­магнитный аппарат, предназначен­ный для повышения или пониже­ния напряжения в цепи перемен­ного тока без изменения его частоты.

Классификация трансформаторов:

По назначению

силовые  в системе электроснабжения потребителей;

измерительные  для измерительных приборов;

авто­трансформаторы  для изменения напряжения в небольших пределах (1:1…1:2);

специ­альные  для питания потребите­лей специального назначения.

По конструкции

однофазные (двухобмоточные, многообмоточные)

трехфазные

с магнитопроводом

без магнитопровода (при частоте тока свыше 20 кГц)

По способу охлаждения

с воздушным охлаждением

с масляным охлаждением

Обмотка с большим числом витков  обмотка высшего напряжения (ВН),

Обмотка с меньшим числом витков – обмотка низшего напряжения (НН).

Первичная обмотка соединена с источником (1),

Вторичная обмотка  к которой подключен приемник (2).

Понижающий трансформатор  обмотка высшего напряжения является первичной.

Повышающий трансформатор  обмотка низшего напряжения является первичной.

Принцип действия однофазного трансформатора

Ток в первичной обмотке I₁ создает в магнитопроводе основной магнитный поток Ф и потокосцепление рассеяния первичной и вторичной обмоток _Р1 и _Р2:

_Р1 = L_Р1 i₁;

_Р2 = L_Р2 i₁.

Основной магнитный поток Ф = Ф_m sin t создает в обмотках ЭДС e₁ и e₂:

Действующие значения ЭДС

Характерные режимы работы трансформатора:

 режим холостого хода,

 режим короткого замыкания,

 нагрузочный режим.

37.Нагрузочный режим реального трансформатора. Опыт холостого хода и короткого замы­кания

Напряжение первичной обмотки U_H1,

Сопротивление нагрузки

Z_ном < Z_Н < ∞.

Ток вторичной обмотки

0 < I₂ < I_2ном.

Магнитный поток Ф не зависит от нагрузки Z_Н и примерно равен магнитному потоку при холостом ходе.

Уравнение намагничивающих сил

I₁₀w₁ = I₁w₁  I₂w₂      I₁₀ = I₁  I₂ w₂ / w₁ = I₁ + I'₂,

где I'₂ = I₂ / n  приведенный вторичный ток.

 ток I₁₀ создает магнитный поток Ф в сердечнике,

 ток I'₂ компенсирует размагничивающее действие тока вторичной обмотки I₂.

Ток вторичной обмотки I₂  по закону Ома:

где Z_2+Н – полное сопротивление вторичной обмотки и нагрузки.

Уравнения электромагнитного состояния

U₁ = –E₁ + I₁ (R ₁ + R _L1) + jI₁X_P1;

U₂ = E₂ – I₂ (R₂ + R_L2) – jI₂X_P2;

I₁₀w₁ = I₁w₁  I₂w₂.

Опыт холостого хода

Опыт холостого хода позволяет определить:

 коэффициент трансформации n ≈ U₁ / U₂;

 ток хо­лостого хода I₁₀ (2,5-10% от I_1H);

 мощность активных потерь Р₁₀;

 активный ток первичной обмотки I_10A = P₁₀ / U₁,

 угол магнитных потерь  в стали сердечника

 = arccos (I_10A / I₁₀).

Опыт короткого замыкания

Опыт короткого замыкания позволяет определить:

 напряжение КЗ U_K1 = (4,5…10,5%) U_1H;

 мощность потерь в меди P_К;

 суммарное активное сопротивление обмоток

R_K = R_1K + R_2K = P_K / I²_1ном.

Ток первичной и вторичной обмоток равен номинальному

I_1K = I_1ном. I_2K = I_2ном.

Так как магнитный поток в сердечнике мал, то потерями в стали пренебрегают.