Теоретичні відомості

Трансформатор – це статичний апарат, призначений для зміни величини напруги та струму одного рівня в інший при цьому частота залишається постійною. Трансформатор працює тільки на змінному струмі. Принцип дії трансформатора засновано на законі електромагнітної індукції, який визначає умови створення електрорушійної сили в котушці:

, (4.1)

де w - кількість витків котушки,

- швидкість зміни магнітного потоку, що змінюється з часом.

Діюче значення е.р.с. за законом електромагнітної індукції при магнітному потоці синусоїдальної форми становить

(4.2)

де Е₁ – електрорушійна сила самоіндукції першої котушки,

Е₂ – електрорушійна сила взаємоіндукції другої котушки.

Між котушками трансформатора існує електромагнітний зв’язок, який встановлюється рівнянням магніторушійних (намагнічуючих) сил:

, (4.3)

де -магніторушійна сила холостого ходу,

, - магніторушійні сили котушок під навантаженням.

З рівняння магніторушійних сил отримують взаємозалежність струмів між первинною та вторинною котушками

, (4.4)

де – струм первинної котушки,

- струм первинної котушки в режимі холостого ходу,

- зведений струм вторинної котушки.

Зведений струм вторинної котушки визначають

(4.5)

де к – коефіцієнт трансформації.

При роботі трансформатора під навантаженням змінюється напруга вторинної котушки. Відносну зміну напруги вторинної котушки трансформатора визначають як співвідношення абсолютної різниці напруги до напруги трансформатора в режимі холостого ходу

(4.6)

Розрахунок досліду холостого ходу

З досліду холостого ходу трансформатора (табл.4.2) визначають

(4.7)

Величину опору R₁ , R₂ визначають за дослідом короткого замикання, або за паспортними значеннями трансформатора.

Кут магнітного запізнення δ визначають

(4.8)

Розрахунок досліду роботи трансформатора під навантаженням

; ; ; . (4.9)

Розрахунок досліду короткого замикання трансформатора

; ;;;;;

;(4.10)

Розрахунок для побудови векторної діаграми

Для побудови векторної діаграми трансформатора використовують два рівняння, складені за другим законом Кірхгофа для первинної та вторинної котушок та рівняння (1.4) взаємодії їх струмів:

, ,. (4.11)

Для побудови векторної діаграми розраховують падіння напруги на активних та реактивних опорах котушок трансформатора. Векторну діаграму будують для номінального струму навантаження трансформатора. Приклад побудованої векторної діаграми наведений на рис.4.2.

Рис. 4.2. Векторна діаграма навантаженого трансформатора

Контрольні питання для самоперевірки

1. Який закон покладений в основу дії трансформатора?

2. Яке призначення трансформатора?

3. Що показує коефіцієнт трансформації і як він визначається?

4. За рахунок чого в трансформаторі змінюється напруга, струм, опір?

5. Як та для чого виконується дослід холостого ходу трансформатора?

6. Пояснити причини втрати потужності в трансформаторі та як вони вимірюються?

7. Як та для чого виконується дослід короткого замикання трансформатора?

8. Який взаємозв’язок між первинним та вторинним струмами в трансформаторі?

9. Як та чому в трансформаторі змінюється вторинна напруга під навантаженням?

10. Як визначається кут магнітного запізнення δ трансформатора?

11. Як розраховуються зведені параметри трансформатора ?

12. Як будується векторна діаграма трансформатора під навантаженням?

13. Який вид мають робочі характеристики трансформатора: ;;;?

14. Чому при зміні навантаження змінюється коефіцієнт корисної дії трансформатора?