Трансформаторы

Трансформатор—неподвижная электрическая машина. Предназначен для изменения параметров электрического сигнала (I, U и др.).

Виды трансформаторов:

• измерительные трансформаторы—предназначены для согласования параметров контролируемых цепей и приборов, для разделения (гальванической развязки) силовых цепей и цепей управления;

• разделительные трансформаторы—гальваническая развязка цепей и ограничение передаваемой мощности;

• согласующие трансформаторы

• силовые трансформаторы.

Силовые трансформаторы по числу фаз:

• однофазные

• многофазные

по типу обмоток:

• двухобмоточные

• трехобмоточные

• многообмоточные

• с расщепленной обмоткой

Существуют также автотрансформаторы—они имеют только одну обмотку.

Силовой однофазный трансформатор.

Номинальная мощность—полная мощность на первичной обмотке—измеряется в кВА. До 10 кВА—трансформаторы малой мощности, 101000 кВА—средней мощности, >1000 кВА—большой мощности. Трансформаторы не имеют обмотки первичного и вторичного напряжения—есть обмотки высшего и низшего напряжения, бывает также обмотка среднего напряжения. По типу магнитопровода трансформаторы бывают:

• стержневой конструкции,

• броневой конструкции,

• тороидальной конструкции.

Рис. 85, 86, 87, 88

	стержневая конструкция
	броневая конструкция

тороидальная конструкция

Принцип действия. Основные уравнения.

Под действием напряжения в обмотке течет ток , который создает магнитный поток. Этот поток, если он синусоидальный, создает в первой обмотке ЭДС самоиндукции.

—поток рассеивания.

Запишем уравнение состояния первичной обмотки:

, где

—ЭДС первичной обмотки, вызванная рабочим магнитным потоком 

—активное сопротивление первичной обмотки

—индуктивное сопротивление первичной обмотки, обусловленное потоками рассеяния.

—коэффициент трансформации, не комплексное число, т.к. и смещены на один угол. Под действием потечет ток через z_Н, возникнет .

Уравнение состояния вторичной обмотки:

, где —индуктивное сопротивление вторичной обмотки, обусловленное потоками рассеяния.

Активное сопротивление больше омического. Омическое сопротивление измеряется на постоянном токе, активное—на переменном. Активное сопротивление больше, т.к. присутствует скин-эффект (вытеснение проводящего слоя во внешнюю часть проводника  уменьшается эффективная площадь проводника).

Вторичная обмотка создает рабочий поток, направленный встречно рабочему потоку первичной обмотки  при нагрузке трансформатора рабочий магнитный должен уменьшаться, что приводит к уменьшению  увеличивается ток  рабочий поток увеличивается.

­­­­­—баланс намагничивающих сил

—ток первичной обмотки при разомкнутой вторичной, т.н. ток холостого хода трансформатора.

Холостой ход трансформатора.

Вторичная обмотка разомкнута  весь ток, потребленный первичной обмоткой, и вся мощность будут расходоваться на создание магнитного поля в машине и сопутствующие процессы. Если напряжение синусоидальное, то ток тоже синусоидальный  в трансформаторе существует пульсирующее магнитное поле. Принято ток в первичной обмотке при холостом ходе обозначать—.

связать обмотки можно соотношением:

и создаются рабочим магнитным потоком. Раз поток один, то ЭДС в каждой обмотке одинакова и фазы тоже одинаковые (т.к. ЭДС—производная потока по времени).

Рис.92

(вектор направлен перпендикулярно , т.к. ЭДС—производная потока по времени, вектор направлен также).

В магнитопроводе возникают какие-то потери, на их покрытие нужна мощность, которую можно взять только из сети  будет под углом к , угол будет меньше 90. —угол магнитных потерь. ₀  

—намагничивающий ток (реактивная составляющая ).

Активная составляющая отвечает за покрытие потерь в ферромагнетике. Если сравнить с номинальным током трансформатора, то существенно меньше номинального тока (=0,55% от ). Т.к. ток не большой, то и потери, вызываемые этим током в активном сопротивлении первичной обмотки, тоже малы, во вторичной обмотке потерь нет, т.к. она разомкнута. Трансформатор спроектирован так, что в номинальном режиме электрические и магнитные потери почти равны друг другу. Электрические потери ~ квадрату тока в первичной обмотке. Даже если , то электрические потери составят 0,5%. Если в номинальном режиме электрические потери больше магнитных в 2 раза, то все равно электрические потери при холостом ходе составляют 1% от магнитных.

Номинальные данные: номинальная мощность трансформатора—полная мощность S [кВА].

Стандартный ряд мощностей 10, 16, 20, 25, 40, 63, 8010ⁿ, где n—целое число, в том числе и отрицательное.

Схемы и группы соединения обмоток, U_1ном /U_2ном. U_К в % от номинального напряжения.

Каталожные данные: все вышеперечисленное, а также I₀ % к I_ном, потери короткого замыкания P_к, потери холостого хода P₀, U_ном=U_л трехфазной цепи.

Номинальное напряжение потребителя:

220, 380, 660—низшее

6, 10 кВ—среднее

20, 35, 110, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ—высшее.

U генератора = U потребителя + 5%.

Вся потребленная мощность при холостом ходе расходуется на магнитные потери. Поскольку падение напряжения в первичной обмотке при холостом ходе достаточно мало, то U₁ близко к E₁  отношение , т.е. U₂₀=U_2н.