13. Трансформаторы

Трансформатором называют электромагнитное статическое устройство, служащее для преобразования в цепях переменного тока электрической энергии с одним соотношением напряжения и тока в электрическую энергию с другим соотношением напряжения и тока при неизменной частоте. Трансформатор позволяет передать одну и ту же мощность при разных напряжениях и токах.

26.11.2012

1. Классификация трансформаторов

Трансформаторы подразделяются по числу фаз: одно-, двух-, многофазные (трёхфазные); в зависимости от напряжения: понижающие , повышающие ; по способу охлаждения: воздушные и масленые; по назначению: силовые, измерительные, автотрансформаторы, сварочные, специальные.

2. Устройство и принцип действия однофазного двухобмоточного трансформатора:

Рис. 44

A, X – выводы обмотки с высшим напряжением;

a, x – выводы обмотки с низшим напряжением.

Трансформатор состоит из сердечника и двух обмоток. Сердечник (магнитопровод) выполнен из листов электротехнической стали толщиной 0,3..0,5 мм. Пластины изолированы друг от друга лаком, либо оксидным слоем для уменьшения потерь мощности от вихревых токов. Обмотки выполнены изолированным медным или алюминиевым проводом с числом витков Обмотку, подключаемую к источнику U₁ преобразуемой энергии, называют первичной. Обмотку, к которой подключают приёмник, - вторичной ( ).

Рис. 45

Принцип действия:

При подключении первичной обмотки к источнику переменного напряжения U₁ возникает переменный ток i₁, вызывающий переменный магнитный поток Ф, который наводит ЭДС самоиндукции в каждом витке первичной обмотки:

Этот поток Ф пронизывает витки вторичной обмотки и создаёт в каждом её витке ЭДС самоиндукции e₂. ЭДС e₁ уравновешивает основную часть напряжения источника U₁, ЭДС e₂ создаёт напряжение U₂ на выходных зажимах трансформатора. При замыкании вторичной цепи возникает ток I₂, который образует собственный магнитный поток, накладывающийся на поток первичной обмотки. Общий поток Ф сцеплен с витками обеих обмоток трансформатора и определяет результирующую ЭДС e₁, e₂.

Примем начальную фазу потока , магнитный поток равен .

Уравнения трансформаторных ЭДС

Коэффициент трансформации (n):

трансформатор понижающий В противном случает – трансформатор повышающий.

Так как КПД трансформатора высок (0,95..0,995), то S₁≈S₂, .

КПД трансформатора:

– потребляемая мощность;

мощность, отдаваемая трансформатором;

- магнитные потери в стале сердечника;

– потери в обмотках

Коэффициент загрузки:

имеет максимум. Посредством подбора параметров обмоток и магнитопровода для силовых трансформаторов выбирают КПД при , так как они обычно работают большее время с недогрузкой.

Рис. 46

3. Опыт холостого хода и короткого замыкания

Их используют для определения основных эксплуатационных характеристик и параметров схемы замещения.

1. Опыт холостого хода, вторичная обмотка разомкнута

Рис. 47

При U_1x=U_1ном из опыта холостого хода определяем:

1. ток холостого хода ;

2. коэффициент трансформации равный ;

3. P_x – показание ваттметра – это потери мощности на нагрев стального сердечника от вихревых токов и гистерезиса. Так как , мал, то потери на нагрев обмоток близки к 0;

4. Параметры схемы замещения: , Сопротивления , заменяют сердечник трансформатора.