Лекция 10, 11. Трансформаторы. Общие сведения. Приницп работы. Схемы замещения трансформаторов. Области применения. Специальные трансформаторы. Трансформаторы.

Трансформатор – это статическое устройство, состоящее из двух обмоток, соединенных магнитопроводом. Трансформатор служит для преобразования пе­ременного напряжения одной величины в другую. Он широко используется в сис­темах электроснабжения, бытовой технике, на производстве, как самое простое, надежное и дешевое устройство преобразования величины переменного напряже­ния. КПД трансформатора достигает 99 %.

П ринцип работы трансформатора.

При подаче на первичную обмотку с числом витков W₁ переменного напряжения U₁ в магнитопроводе под действием тока I₁ возникает переменный магнитный по­ток Ф = Ф_msinωt, охватывающий обмотки. Силовые линии потока, пересекая витки обмоток, в первичной наводят ЭДС само­индукции:

U₁ Е₁ = 4,44fW₁Ф_m, где: f – частота сети.

Во вторичной обмотке создается ЭДС взаимоиндукции: Е₂ = 4,44fW₂Ф_m, где: W₂ – число витков вторичной обмотки.

Соотношение между Е₁ и Е₂ определяется числом витков W₁ и W₂ и называется коэффициентом трансформации. Е₁/Е₂ = W₁/W₂ = K_T.

Е сли замкнуть ключ S, то во вторичной обмотке будет протекать ток I₂ и под действием Е₂, лампа Н станет гореть. Следовательно, энергия с первичной на вторичную обмотку передается электромагнитным полем. Обмотки потенциально не связаны.

Первичная обмотка одна, на нее подает­ся переменное напряжение сети U₁, вто­ричных может быть одна или несколь­ко. В последнем случае трансформатор называют многообмоточным. Напряжение на вторичных обмотках определя­ется соотношением витков по отноше­нию к первичной. Если К_Т > 1, вторичное напряжение U₂ < U₁ – понижающий трансформатор, при К_Т < 1 – повышающий.

Режимы работы и схемы замещения трансформаторов

Различают три режима работы трансформатора:

1. Холостой ход (х.х.) .

2. Короткое замыкание (к.з.) .

3. Рабочий режим трансформатора. U₁ = U_1H; I₁ I_1H.

Режим х.Х.

Вторичная обмотка разомкнута, на первичную подано номинальное напряжение U_1H. В обмотке W₁ протекает ток х.х. I₀, он составляет (0,01 ÷ 0,03)I_1H – номинального тока трансформатора. Так как ток х.х. незначителен, то считают: U_1H = E₁; U₂₀ = E₂. Замерив вольтметром напряжение на первичной и вторичной обмотках, можно определить коэффициент трансформации: K_t = U_1Н/U₂₀.

Переменный поток Ф_Н вызывает потери в стали от перемагничивания и вихревых токов.

Потери на перемагничивание определяются площадью петли гистерезиса за один цикл перемагничивания. Чтобы их уменьшить, электротехническую сталь, идущую на магнитопроводы в цепях переменного тока, изготавливают с малой площадью петли гистерезиса. Чтобы снизить потери от вихревых токов (токи Фуко), магнитопроводы набираются из стальных пластин. Толщиной 0,2 ÷ 1мм. изолированных друг от друга. Такие магнитопроводы называют шихтованными. Режим х.х. позволяет определить коэффициент трансформации Кт, оценить потери в стали, по показанию ваттметра W.

Режим к.З.

При закорачивании вторичной обмотки токи в обмотках возрастают в 15-20 раз. Потери в меди, зависящие от квадрата тока, возрастают в 200-400 раз, что ведет к расплавлению проводников, возгоранию изоляции и масла, т.е. это аварийный режим работы. Чтобы исключить выход оборудования из строя, со стороны питания трансформатора устанавливают аппараты защиты, простейшими из них являются F₁ и F₂. При расчете цепей, содержащих трансформаторы, электромагнитные связи обмоток заменяют потенциальными. Такая схема носит название схемы замещения. В простейшем виде трансформатор представляют сопротивлением, отражающим потерю напряжения в трансформаторе при изменении его нагрузки. Вторичное напряжение в режиме х.х. U₂₀ снижается при номинальной нагрузке, до U_2Н.