Вопросы и задания для контроля

1. Объясните, почему при подаче переменного напряжения на первичную обмотку трансформатора появляется напряжение на вторичной обмотке.

2. От чего зависит напряжение обмоток трансформатора?

3. Что такое коэффициент трансформации?

4. Почему мал ток холостого хода (намагничивающий ток) трансформатора?

5. Объясните, почему намагничивающий ток трансформатора содержит активную и реактивную составляющие.

6. Напишите формулу действующего значения ЭДС Е₁ и поясните её.

7. Объясните, почему в режиме нагрузки трансформатора при увеличении тока во вторичной обмотке увеличивается ток в первичной обмотке?

8. Объясните взаимодействие МДС обмоток трансформатора. Напишите уравнение МДС и поясните входящие в формулу величины.

9. Какие магнитные потоки условно различают в трансформаторах? Как замыкаются эти магнитные потоки? Какова их роль в работе трансформатора?

10. Какие из индуктивных сопротивлений обмоток трансформатора: взаимоиндукции х₀ или рассеяния х₁ и х₂ больше и почему?

11. В чем состоит смысл приведения вторичной обмотки к первичной?

12. Напишите уравнения приведенного трансформатора и поясните их.

13. Начертите векторную диаграмму приведенного трансформатора.

14. Объясните преобразование активной мощности в трансформаторе.

15. Объясните преобразование реактивной мощности в трансформаторе.

16. Что такое схема замещения трансформатора?

17. Начертите Т-образную схему замещения трансформатора и поясните её.

18. Объясните физический смысл сопротивлений схемы замещения.

19. Какие сопротивления схемы замещения не зависят от первичного напряжения U₁, то есть, постоянны, какие – зависят от U₁ и почему?

4. Трёхфазные трансформаторы

4.1. Магнитопроводы трёхфазных трансформаторов

Для передачи электрической энергии в трёхфазных сетях приме-няют трёхфазные трансформаторы с магнитопроводами двух видов.

1. Трансформаторы с независимыми магнитными системами – это группа из трёх однофазных трансформаторов, включённых в трёх-фазную сеть (рис. 4.1, а). Их часто называют групповыми. Трёхфазная симметричная система первичных напряжений возбуждает в отдельных магнитопроводах фаз потоки взамоиндукции отстающие при симметричных первичном напряжении и нагрузке от фазных напряжений на одинаковый угол, близкий к π/2.

б

а

в

Пропорциональные фазным напряжениям потоки фаз одинаковы и смещены по фазе на 120° (рис. 4.1, б). Фазные ЭДС обмоток Ė_A, Ė_a, Ė_B, Ė_b, Ė_C, Ė_c отстают от индуктирующих их потоков на π/2 и образуют трёхфазную симметричную систему (рис. 4.1, в).

Все процессы в трансформаторе каждой фазы происходят также как в однофазном трансформаторе. Все соотношения, полученные ра-нее для однофазного трансформатора (раздел 3), в большинстве случаев справедливы для каждой фазы трёхфазного трансформатора.

2. Трансформатор с общим магнитопроводом можно получить из группового, если объединить три не занятых обмотками стержня магнитопроводов фаз в один (рис. 4.2, а). Вследствие сдвига векторов по фазе на 120° (рис. 4.1, б) их сумма и магнитного потока в общем стержне нет. Удалив общий стержень, получим трёхфазныйпространственный магнитопровод (рис. 4.2).

Из-за сложности механического соединения ярем в одной точке (рис. 4.2, а) каждые два стержня 1 соединяют ярмами 2 (рис. 4,2. б).

Это изменение конструкции подобно преобразованию схемы «звез-да» в схему «треугольник» для электрической цепи, и потоки в ярмах (рис. 4.2, б) меньше потоков стержней в раз. Поэтому сечение ярма меньше сечения стержня враз, что позволя-ет уменьшить высоту ярма и магнитопровода по сравнению с конструкцией на рис. 4.2,а, в которой сечения стержней и ярем равны.

На рис. 4.2, в изображена схема пространственного магнитопровода со стержнями 1 круглого сечения, собранными из пластин стали разной ширины. Торцы стержней соединены ярмами 4, навитыми из рулонной холоднокатаной стали.

Другой вид пространственного магнитопровода (рис. 4.2, г) состо-ит из трёх колец 5, скреплённых бандажами из стеклоленты 3. Кольца с сечением в виде полукруга намотаны холоднокатаной стальной лентой переменной ширины без стыков. Поэтому ток холостого хода такого магнитопровода в 2–3 раза меньше, чем у других конструкций.

Пространственные магнитопроводы сложны в изготовлении и их применяют для трансформаторов мощностью до 1000 кВ·А.

Если в исходной схеме (рис. 4.2, а) стержень любой фазы, напри-мер В, поместить вместо удаленного общего стержня, и все стержни расположить в одной плоскости, то получится плоский стержневой магнитопровод (рис. 4.3, а). Длина l_В линий индукции магнитного по-тока средней фазы больше, чем крайних l_А = l_С, и магнитное сопротив-ление R_МB < R_МА = R_МC. Из закона Ома Ф = F₀/R_М = w₁i₀/R_М следует, что при равных потоках фаз Ф_А = Ф_В = Ф_С намагничивающий ток в обмот-ке на среднем стержне меньше, чем в обмотках на крайних стержнях i_0В < i_0А = i_0С. Так как эти токи малы (i₀ ≤ 0,05i_1Н), их несимметрия практически не влияет на работу трансформатора при нагрузке.

Из-за простоты конструкции стержневые магнитопроводы широко применяют для трансформаторов мощностью до 100000 кВ·А.

Высота трансформаторов мощностью S_Н ≥ 100000 кВ·А ограниче-на условиями перевозки по железной дороге и в них применяют плос-кие бронестержневые магнитопроводы (рис. 4.3, б). За счёт боковых ярем бронестержневой магнитопровод в магнитном отношении практически эквивалентен пространственному (рис. 4.2, б), у которого каждые два стержня соединены ярмом. Поэтому поток в ярме бронестержневого магнитопровода почти в раз меньше, чем в стержне, а высо­та яр-ма меньше враз посравнению со стержневым магнитопроводом. Это уменьшает высоту магнитопровода и всего трансформатора.

Для каждой фазы трансформатора с общим магнитопроводом верны все соотношения для однофазного трансформатора (раздел 3).

Трёхфазные трансформаторы с общим магнитопроводом экономичнее группы из трёх однофазных. Групповыми выполняют трансформаторы предельных мощностей, при которых из-за больших размеров нельзя применить трансформаторы с общим магнитопроводом.