3. Электрические машины

21) Трансформаторы

Т рансформатор – это статический электромагнитный аппарат, преобразующий энергию одного напряжения в энергию другого напряжения с сохранением частоты и формы сигнала (рис. 3.1).

3.1.1. Классификация трансформаторов Классификация по назначению:

1. Силовые трансформаторы, предназначенные для питания мощных электрических цепей: однофазные, трех фазные, сварочные, автотранс-

Рис. 3.1. Конструкция трансформатора (общий вид)

форматоры (рис. 3.2). 2. Измерительные транс-

форматоры, предназначенные

для расширения пределов измерения приборов переменного тока: трансформаторы тока, расширяющие пределы измерения амперметров; трансформаторы напряжения, расширяющие пределы измерения вольтметров.

3. Трансформаторы специального назначения, используемые в электронике и вычислительной технике: дифференцирующие, импульсные, согласующие, разделительные и т.д.

а б

Рис. 3.2. Конструкция автотрансформатора:

а – автотрансформатор напряжением 127/42 В; б – лабораторный автотрансформатор регулировочный (тип ЛАТР-I)

Классификация по способу охлаждения:

1. Сухие, охлаждаемые естественной циркуляцией воздуха.

2. Масляные. Трансформатор помещается в бак с маслом.

Масло отводит тепло и улучшает изоляцию обмоток.

3.1.2. Принцип действия трансформатора

Трансформатор состоит из сердечника и обмоток.

Сердечник служит для концентрации магнитного потока и должен обладать большой магнитной проницаемостью и большим электрическим сопротивлением. С целью уменьшения потерь от вихревых токов он делается из изолированных друг от друга листов электротехнической стали.

К первичной обмотке подводится напряжение, со вторичной обмотки снимается трансформированное напряжение. Вторичных обмоток может быть несколько. Обмотки делаются из медного или алюминиевого провода.

На рис. 3.3 Φ_σ1 , Φ_σ2 – магнитные потоки рассеяния обмоток (силовые магнитные линии замыкаются по воздуху на витках обмоток);

Ф – основной магнитный поток (замыкается по сердечнику); W₁, R₁ и W₂, R₂ – соответственно число витков и активное сопротивление первичной и вторичной обмоток.

Рис. 3.3. Принцип действия трансформатора

Под воздействием U₁ в первичной обмотке протекает ток I₁ и создается намагничивающая сила I₁W₁, которая вызывает магнитный поток. Основной магнитный поток Ф индуцирует в обмотках ЭДС Е₁ и Е₂. Под воздействием Е₂ на вторичной обмотке возникает напряжение U₂ и протекает ток I₂.

Магнитные потоки рассеяния создают ЭДС рассеяния е_σ:

22) Эдс и коэффициент трансформации

По закону электромагнитной индукции e = −w ^dΦ. dt Если i = I_m sin(ωt) , то Φ Φ= _m sin(ωt); dΦ^m sin(ωt)) = −wΦ ω_m cos(ωt) = Е_m sinωt − π;

e = −w

dt  2 

E_m = wΦ ω_m ; E = 4,44wΦ_m f .

ЭДС первичной и вторичной обмоток определим как

E₁ = 4,44w₁Φ_m f ; E₂ = 4,44w₂Φ_m f . Коэффициент трансформации E1 = w1 . k =

E2 w2

Если k > 1, трансформатор понижающий (U₂ < U₁), если k < 1 – повышающий (U₂ > U₁).