Тема трансформаторы Устройство и принцип действия
Трансформатором называется электромагнитный статический (т.е. без движущихся частей) аппарат, предназначенный для преобразования электрической энергии синусоидального тока одного напряжения в другое напряжение той же частоты.
Трансформатор имеет не менее двух обмоток, электрически изолированных друг от друга, связанных между собой посредством общего магнитного потока. Работа трансформатора основывается на явлении взаимной индукции (принцип электромагнитного взаимодействия обмоток). Для усиления магнитной связи обмотки трансформатора размещаются на сердечнике, собранном из листовой электротехнической стали.
Электромагнитная схема трансформатора представлена на рис.5.3.
Рис.5.3. Электромагнитная схема идеализированного трансформатора.
На замкнутом ферромагнитном сердечнике расположены две обмотки. К одной из них – первичной – подводится энергия от источника питания. От другой – вторичной обмотки – энергия отводится к приемнику. Все величины (ЭДС, напряжение, ток, число витков), относящиеся к обмоткам, называют соответственно первичными и вторичными. Буквенные значения этих величин снабжаются индексами 1 и 2 соответственно.
Под
действием подаваемого синусоидального
напряжения U1
в первичной обмотке трансформатора
возникает ток i1
и МДС F
= i1·w
возбуждает в сердечнике синусоидальный
магнитный поток Ф1.
Этот поток, замыкаясь по сердечнику,
пронизывает витки обеих обмоток и
индуктирует в них ЭДС e1
и e2.
По второму закону Кирхгофа e1
уравновешивает u1,
e2
создает u2
на выходных зажимах трансформатора.
При замыкании вторичной цепи возникает
ток i2,
который образует собственный магнитный
поток Ф2,
направленный, согласно правилу Ленца,
встречно магнитному потоку Ф1
и стремится его уменьшить. В результате
в сердечнике создается общий магнитный
поток Ф
= Ф1
– Ф2,
сцепленный с обеими обмотками и
определяющий в них результирующие ЭДС
и
.
Поскольку U1 ≈ E1, то при неизменном значении U1 ЭДС E1 тоже постоянна. Т.к. E1 зависит от потока (E1 ≈ 4,44·w1·Фm), то и магнитный поток при любой нагрузке можно считать постоянным.
Чтобы результирующий магнитный поток оставался неизменным, магнитный поток вторичной обмотки Ф2 должен быть уравновешен магнитным потоком первичной обмотки Ф1. Поэтому при увеличении нагрузки I2 увеличивается ток I1.
Идеализированный трансформатор
Допустим, что активные сопротивления обмоток трансформатора равны нулю и потокосцепления рассеяния в них отсутствуют. Такой трансформатор называют идеализированным. Принципиальная схема идеализированного однофазного трансформатора приведена на рис.5.3.
Уравнения электрического состояния идеализированного трансформатора:
где , .
Из этих уравнений получаем соотношение:
,
которое указывает на важнейшее свойство трансформатора преобразовывать (понижать или повышать) напряжение без искажения формы.
В идеализированном трансформаторе мощность, потребляемую от сети можно считать равной мощности, отдаваемой в нагрузку:
.
Тогда
,
где k – коэффициент трансформации.
При разомкнутой вторичной обмотке идеализированный трансформатор превращается в идеализированную катушку с магнитопроводом (см. Модуль 4).
Схема замещения нагруженного идеализированного однофазного трансформатора приведена на рис.5.4
Рис.5.4. Схемы замещения нагруженного идеализированного однофазного трансформатора