
- •Глава9. Трансформаторы
- •9.1. Назначение и принцип действия трансформатора
- •9.2. Основные соотношения в идеальном трансформаторе
- •9.4. Схема замещения трансформатора
- •9.5. Опытное определение параметров схемы замещения трансформатора
- •9.6. Внешняя характеристика трансформатора
- •9.7. Мощность потерь и кпд трансформатора
- •9.8. Трехфазные трансформаторы
- •9.9. Параллельная работа трансформаторов
- •9.10. Специальные трансформаторы
- •9.10.1. Автотрансформаторы
- •9.10.2. Измерительные трансформаторы тока и напряжений
- •9.10.3. Сварочные трансформаторы
Часть вторая. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСТРОЙСТВА
Глава9. Трансформаторы
9.1. Назначение и принцип действия трансформатора
Трансформатор представляет собой статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Трансформатор имеет не менее двух обмоток, у которых есть общий магнитопровод и которые электрически изолированы друг от друга.
Обмотки
размещаются на магнитопроводе,
собранном из листов электротехнической
стали (рис. 9.1).
Магнитопровод отсутствует лишь в
воздушных трансформаторах, которые
применяются при частотах около 20 кГц
и выше, когда магнитопровод почти не
намагничивается из-за увеличения
вихревых токов.
Обмотка трансформатора, соединенная
с источником питания, называется
первичной, а обмотка, к которой
подключается потребитель электроэнергии,
называетсявторичной. Параметры,
относящиеся к первичной обмотке,
обозначаются индексом 1, например,,
,
,
относящиеся к вторичной обмотке –
обозначают с индексом 2.
Различают однофазные и трехфазные трансформаторы.
На щитке трансформатора указывают его номинальное напряжение, полную мощность, токи, напряжение короткого замыкания, число фаз, частоту, схему соединения, режим работы и способ охлаждения.
В зависимости от напряжения различают обмотку высшего напряжения (ВН) и обмотку низшего напряжения (НН). По способу охлаждения трансформаторы делят на сухие и масляные. На рис. 9.2 показан трехфазный трансформатор масляный с трубчатым баком, где 1 – магнитопровод; 2 – обмотка НН; 3 – обмотка ВН; 4 – выводы обмотки ВН; 5 – выводы обмотки НН; 6 – трубчатый бак; 7 – кран для заполнения маслом; 8 – выхлопная труба для газов; 9 – газовые реле; 10 – расширитель масла; 11 – кран для спуска масла.
Если первичное напряжение
больше вторичного
,
трансформатор называютпонижающим,
если
–повышающим.
Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Под воздействием переменного тока первичная обмотка создает в магнитопроводе переменный магнитный поток
(9.1)
Рис. 9.2
(9.2)
где
– амплитудные значения ЭДС.
Разделив максимальные значения ЭДС на
,
получим действующее значение ЭДС в
обмотках
;
.
(9.3)
Из (9.2) и (9.3) следует, что ЭДС обмоток отстают по фазе от магнитного потока на 90°, и пропорциональны числу витков.
Соотношение ЭДС обмоток называется коэффициентом трансформации
.
(9.4)
Если
,
то вторичная ЭДС меньше первичной и
трансформатор называется понижающим,
при
– трансформатор повышающий.
Применяют и другое определение для
коэффициента трансформации: отношение
номинального высшего напряжения
трансформатора к номинальному низшему
напряжению. В этом случае коэффициент
трансформации всегда больше единицы:.
Так как во вторичной обмотке индуктируется ЭДС, то при подключении нагрузки к ее выводам в контуре обмотка-нагрузка протекает ток и выделяется электрическая энергия. Таким образом, с помощью магнитной связи поток электрической энергии передается из первичной цепи во вторичную. В этом и состоит принцип работы трансформаторов.
Заметим, что положительные направления напряжения на рис. 9.1 показаны стрелкой от точки с высшим потенциалом к точке с низшим потенциалом, первичная обмотка рассматривается как приемник, вторичная – как источник электрической энергии.