29

Лекция 5 Трансформаторы

План лекции:

1. Классификация трансформаторов.

2. Устройство и принцип действия однофазного трансформатора.

3. Схема замещения и уравнения состояния трансформатора.

4. Экспериментальное определение параметров схемы замещения.

4.1.Опыты холостого хода.

4.2.Опыт короткого замыкания.

5. Работа трансформатора под нагрузкой.

6. Внешняя характеристика трансформатора.

7. Особенности трехфазных трансформаторов и автотрансформаторов.

7.1. Трехфазные трансформаторы.

7.2. Автотрансформаторы.

29 августа 1831 года Фарадей описал в своем дневнике опыт, вошедший впоследствии во все учебники физики. На железное кольцо диаметром 15 см и толщиной 2 см экспериментатор намотал отдельно два провода длиной 15 м и 18 м. Когда по одной из обмоток шел ток, стрелки гальванометра на зажимах другой отклонялись!

Нехитрое устройство ученый назвал «индукционной катушкой». При включении батареи ток (само собой разумеется, постоянный) постепенно нарастал в первичной обмотке. В железном кольце наводился магнитный поток, величина которого также менялась. Во вторичной обмотке возникало напряжение. Как только магнитный поток достигал предельного значения, «вторичный» ток исчезал.

Для того чтобы катушка действовала, нужно все время включать и выключать источник питания (вручную — рубильником или механически — коммутатором).

Американец Генри обмотал провод шелковой ниткой — родилась изоляция.

Француз Фуко попробовал вращать железные болванки в магнитном поле — и удивился: они нагревались. Ученый понял причину — сказывались токи, которые рождались в переменном магнитном поле. Чтобы ограничить путь вихревых токов Фуко, Эптон, сотрудник Эдисона, предложил делать железный сердечник сборным — из отдельных листов.

В 1872 году профессор Столетов провел фундаментальное исследование по намагниченности мягкого железа, а несколько позже англичанин сэр Джеймс Альфред Юинг представил Королевскому обществу доклад о потерях энергии при перемагничивании стали. В 1895 году он был награжден золотой медалью Королевского общества за изучение магнитной индукции в железе и других металлах и вошел в историю как открыватель явления гистерезиса.

1884 год — братья Гопкинсоны замкнули сердечник.

Прежде магнитный поток шел по стальному пруту, а частично — из северного полюса в южный — по воздуху. Сопротивление воздуха в 8 тыс. раз больше, чем у железа. Получить заметное напряжение на вторичной обмотке было под силу только большим токам, проходящим по многим виткам. Если сердечник сделать кольцом или рамкой, то сопротивление снижается до минимума.

1886 год — вновь братья Гопкинсоны. Они научились рассчитывать магнитные цепи по закону Ома. Поначалу им пришлось доказать, что процессы в электрических и магнитных цепях можно описывать похожими формулами.

1889 год — швед Свинберн предложил охлаждать сердечник и обмотки трансформатора минеральным маслом, которое одновременно играет роль изоляции. Сегодня идею Свинберна развили: в большой бак опускают стальной магнитопровод с обмотками, бак закрывают крышкой и после сушки, нагрева, вакуумирования, заполнения инертным азотом и других операций заливают в него масло.

Первый трансформатор был создан в 80-х годах XIX столетия.