2.2 Устройство трансформатора

Трансформатор включает две активные части—магнитопровод и обмотки. В магнитопроводе замыкается основной магнитный поток трансформатора. Он набирается (шихтуется) из тонких пластин электротехнической стали, покрытых с соприкасающихся сторон изолирующей пленкой. Это уменьшает вихревые токи. Пластины плотно стягиваются шпильками или другими способами. В зависимости от расположения катушек на магнитопроводе трансформаторы разделяются на стержневые, броневые, тороидальные и их сочетания. Устройство таких трансформаторв показано на рис.2.2.

Рисунок 2.2 Конструкция трансформаторов и формы пластин сердечников.

2.3 Основные соотношения трансформатора.

Под действием подаваемого в магнитопровод синусоидального напряжения в нем возникает магнитный поток синусоидальной формы

Ф=Ф_msin t , 2.2

где Ф_m—амплитудное значение потока, а =2 f (f-частота сети).

Подстановка этого выражения в 2.1 и выполнение дифференцирования даст мгновенное значение напряжений в первичной и вторичной обмотках:

е₁= -w_{1 =} w₁Ф_m sin( t- ), 2.3

е₂= -w_{2 .=} w₂ Ф_msin( t- ).

В этих выражениях амлитудное значение Е₁= w₁Ф_m,, Е₂= w₂Ф_m , а действующие значения

Е₁= w₁Ф_m=4,44 w₁Ф_m 2.4

Е₂= w₂Ф_m= 4,44 w₂Ф_m .

Отношение ЭДС обмотки с высоким напряжением к ЭДС обмотки с низким напряжением называется коэффициентом трансформации.

ЭДС распределяется на индуктивное сопротивление и на активное сопротивление обмотки., которые относительно невелики , и на внешнее напряжение. Поэтому с небольшой погрешностью можно считать:

к= = = . 2.5

Обычно используют номинальные напряжения.

2.4 Уравнение токов трансформатора

Учитывая, что Е≈U, из 2.4

Ф_m≈ , 2.6

откуда следует, что (приближенно) магнитный поток при постоянном первичном напряжении является постоянной величиной, т.е. не зависит от нагрузки. Если первичную обмотку подключить к сети при разомкнутой вторичной (холостой ход), по ней потечет ток I₀, который и создаст магнитный поток, соответствующий выражению 2.6. МДС, созданная этим током I₀w₁ наводит в магнитопроводе магнитный поток

Ф_m= , 2.7

где R_М—магнитное сопротивление магнитопровода.

При подключении вторичной обмотки поток создается действием двух обмоток:

Ф_m= 2.8

Из равенства выражений 2.7 и 2.8 следует

I₀w₁=I₁w₁+I₂w₂ 2.9

Соотношение 2.9 называется уравнением МДС трансформатора. Из 2.9

I₁w₁= I₀w₁-- I₂w₂ 2.10

Если разделить на w₁ обе части равенства, получится

I₁= I₀-- I₂ 2.11

Из 2.11 следует, что ток I₁ в первичной обмотке можно представить из двух составляющих: I₀—ток холостого хода и -- I₂ --приведенный к первичной цепи ток вторичной цепи (ток нагрузки). Уравнение 2.11 называют уравнением токов трансфоматора. Ток I₀ создает МДС I₀w₁, наводящую в магнитопроводе основной магнитный поток Ф. Ток -- I₂ создает МДС, компенсирующую МДС вторичной обмотки I₂w₂.

Ток холостого хода имеет активную и реактивную составляющие. Активная расходуется на потери (магнитные, вихревые токи и др.), реактивная создает намагничивающий ток. Активная составляющая вследствие своей малости (менее 0,1 I₀) на величину тока холостого хода не влияет.