Устройство и принцип действия трансформатора. Типы трансформаторов. Уравнения эдс и мдс.
Трансформатор представляет собой статический электромагнитный аппарат с двумя (или больше) обмотками, имеющими между собой магнитную связь, осуществляемую переменным магнитным полем, и служит для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при сохранении частоты тока неизменной.
Для усиления магнитной связи между обмотками они помещаются на стальном сердечнике Трансформаторы, не имеющие стального сердечника, называются воздушными. Они применяются в специальных случаях при преобразовании переменных токов высокой частоты
Трансформатор имеет не меньше двух обмоток; из них первичной обмоткой 1 называется обмотка, которая получает энергию преобразуемого переменного тока, вторичными обмотками 2 — обмотки, которые отдают энергию преобразованного переменного тока. Передача энергии из одной обмотки в другую осуществляется с помощью электромагнитной индукции.
Основными элементами конструкции трансформатора являются первичные и вторичные обмотки и ферромагнитный магнитопровод (обычно замкнутого типа). Обмотки расположены на магнитопроводе и индуктивно связаны друг с другом. Использование магнитопровода позволяет саккумулировать большую часть магнитного поля внутри трансформатора, что повышает КПД устройства. Магнитопровод обычно состоит из набора металлических пластин, покрытых изоляцией.
Принцип действия - при подключении трансформатора к источнику переменного тока (электрической сети) в витках его первичной обмотки протекает переменный ток i1, образуя переменный магнитный поток Ф. Этот поток проходит по магнитопроводу трансформатора и, пронизывая витки первичной и вторичной обмоток, индуцирует в них переменные э. д. с. е1 и е2. Если к вторичной обмотке присоединен какой-либо приемник, то под действием э. д. с. е2 по ее цепи проходит ток i2.
Классификация трансформаторов:
По назначению: измерительные трансформаторы тока, напряжения, защитные, лабораторные, промежуточные.
По способу установки: наружные, внутренние, шинные, опорные, стационарные, переносные.
По числу ступеней: одноступенчатные, многоступенчатые (каскадные).
По номинальному напряжения: низковольтные, высоковольтные.
По типу изоляции обмоток: c сухой изоляцией, компаундной, бумажно-маслянной.
По способу охлаждения: естественное воздушное, естественное масляное, масляное с дутьем, масляное с дутьем и с принудительной циркуляцией масла, масляно-водяное с естественной циркуляцией масла, масляно-водяное с принудительной циркуляцией масла, масляно-водяное с принудительной циркуляцией воды и масла с направленным потоком масла
Основные типы трансформаторов:
Силовые трансформаторы - наиболее распространенный тип трансформаторов. Они предназначены для изменения энергии переменного тока в электросетях энергосистем, в сетях освещения или питания электрооборудования. Классифицируются по количеству фаз и номинальному напряжения.
Измерительные трансформаторы - электротехнические устройства, предназначенные для изменения уровня напряжения с высокой точностью трансформации.
Автотрансформаторы – устройства, обмотки которого соеденены гальванически между собой. Благодыря малым коэффициентам трансформации, автотрансформаторы имеют меньшие габариты и стоимость оп сравнению с многообмоточными. Из недостатков необходимо отметить невозможность гальванической изоляции цепей.
Импульсный трансформатор - это устройство с ферромагнитным сердечником, используемый для изменения импульсов тока или напряжения.
Пик-трансформатор - устройство, изменяющее напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью.
Уравнения ЭДС и МДС
На основании Т-образной схемы замещения можно записать следующие уравнения равновесия напряжений (ЭДС) трансформатора:
U1 = –E1+I1(R1+jX1)= –E1+I1Z1 ,
U2’= E2’ – I2’ (R2’+jX2’ )= E2’ – I2’Z2’ .
Полный первичный ток I1 состоит из намагничивающей Ix и нагрузочной (–I2’) составляющих:
I1 = Ix+ (–I2’)
Равенство называется уравнением равновесия МДС обмоток приведенного трансформатора. Умножив равенство на число витков первичной обмотки W1, после несложных преобразований, запишем:
W1I1 + W2I2 = W1Ix.