З’єднання «трикутник – зірка»

Таке з’єднання використовується в тому випадку, коли споживач має номінальну напругу живлення фази враз меншу, ніж лінійна напруга на виході генератора (наприклад, якщоU_A = U_B = U_C = 220 В, а U_ф.ном = 127 В). Нейтральний провід при цьому відсутній.

При такому з’єднанні:

Як і в системі «зірка – зірка», фазні напруги навантаження менше лінійних напруг (зокрема, при симетричному навантаженні в раз).

Лекція 9. Трансформатори.

План

• Трансформатори.

• Призначення та область використання.

• Будова та принцип дії однофазного трансформатора.

• Режими роботи.

• Холостий хід трансформатора. Векторна діаграма.

• Навантажений режим трансформатора

• Рівняння намагнічуючих сил трансформатора.

• Схеми заміщення.

Трансформатори

Трансформатори уявляють собою статичні електромагнітні пристрої. Їх характерною рисою є те, що вони відносяться до енергоутворюючих пристроїв, що працюють на принципі електромагнітної взаємодії.

Трансформатори. Призначення та область використання

Трансформатори – перетворюють змінний струм однієї напруги в змінний струм іншої напруги тієї ж частоти.

Приклад. Загальна схема електрозабезпечення має вид:

Після генератора Г встановлений підвищувальний трансформатор Тр1, а в кінці лінії електропередачі ЛЕП – знижувальний трансформатор Тр2, який живить навантаження Н.

Трансформатори, що використовуються в системі електропостачання споживачів, називаються силовими.

Трансформатори використовуються також в електровимірювальних приладах, в радіотехніці, електроніці, пристроях автоматичного керування і в інших галузях техніки.

Устрій однофазного трансформатора

Схематичне зображення устрою:

На сталевому замкнутому магнітопроводі, складеному з окремих листів електротехнічної сталі, розміщені дві обмотки з ізольованої мідної проволоки.

Електротехнічна сталь відноситься до магнітом’яких матеріалів – феромагнітних матеріалів з вузькою петлею Гистерезісу, що зумовлює незначні витрати енергії на перемагнічування.

Обмотка, що з’єднана з джерелом живлення, має назву первинної. Обмотку, що живить навантаження, називають вторинною. Всі величини, що відносяться до первинної обмотки, прийнято позначати індексом (1). Наприклад, кількість витків w₁, напругу на клемах обмотки U₁, струм в колі I₁ і так далі. Ті ж величини, що відносяться до вторинної обмотки мають індекс (2) – w₂, U₂, I₂ і так далі.

На електричних схемах прийняті такі умовні позначення однофазних трансформаторів:

Мета вивчення трансформаторів – отримати залежності між величинами напруг і струмів в первинній і вторинній обмотках трансформатора, встановити енергетичні співвідношення.

Режими роботи трансформатора

Вивчення трансформатора почнемо з режиму холостого ходу (х.х.).

Холостий хід трансформатора

Вцьому режимі первинна обмотка трансформатора приєднана до джерела змінного струму з напругоюU₁, а вторинна обмотка залишається розімкнутою.

Під дією прикладеної напруги U₁ в первинній обмотці протікає струм І_1 0, що має назву струм х.х.. Трансформатор конструюється так, щоб струм х.х. був невеликим і складав 2,5  10 % від первинного струму І_1 н, що виникає при роботі трансформатора з повним (номінальним) навантаженням. Струм І_1 0 збуджує магнітний потік (, деF = Iw – намагнічуюча сила (або магніторушійна сила – МРС), – магнітний опір), який як і струм змінюється синусоїдально. Цей потік доцільно уявити як суму двох потоків:

• Головний магнітний потік Ф, що замикається по сталевому магнітопроводу і пронизує витки первинної і вторинної обмоток;

• Потік розсіювання Ф_1, що замикається по повітрю, пронизує тільки витки первинної обмотки і створює індуктивний опір первинної обмотки.

При побудові векторної діаграми трансформатора для режиму х.х. за вихідний доцільно взяти вектор головного магнітного потоку . Через магнітні втрати в магнітопроводі струм х.х. випереджає за фазою потік на кут  . Потік розсіювання , співпадає за фазою із струмом .

Змінні (синусоїдальні) магнітні потоки збуджують ЕРС індукції , які відстають від відповідного магнітного потоку на 90.

Користуючись виразом E = 4,44fwФ_m (див. виноску¹) визначимо ЕРС, що індукуються головним магнітним потоком у первинній і вторинній обмотках.

E₁ = 4,44fw₁Ф_m; E₂ = 4,44fw₂Ф_m

Ці ЕРС відстають від головного магнітного потоку, що їх створив, на 90.

ЕРС E_1, створена магнітним потоком розсіювання Ф_1, – E_1 = 4,44fw₁Ф_1 m також відстає від нього на 90.

Так як струм у вторинній обмотці відсутній, то напруга на клемах цієї обмотки в режимі х.х. дорівнює індукованій ЕРС.

Напруга, що приєднана до первинної обмотки трансформатора має три складові:

• Напруга , що врівноважує ЕРСЕ₁ і зсунута відносно неї на 180.

• Падіння напруги на активному опорі первинної обмотки U_a1 = I₀R₁ співпадає за фазою із струмом I₀.

• Падіння напруги на індуктивному опорі первинної обмотки, що врівноважує E_1, U_L1 = I₀X _L1 = –E _1, яка випереджає струм I₀ на 90.

Сума цих складових становить напругуU₁ відповідно другому закону Кірхгофа для первинного кола.

Ілюстрація векторною діаграмою:

Тут Х_L1 – індуктивний опір первинної обмотки, обумовлений дією потоку розсіювання.

Рівняння за другим законом Кірхгофа для напруг первинного кола:

у векторній формі –

;

в комплексній формі –

.

Потік розсіювання Ф_1, а відповідно і індукована ним ЕРС E_1 пропорційні струму первинної обмотки трансформатора, тому можна замінити вектор рівним йому за величиною і протилежним за напрямком вектором індуктивного падіння напруги .

Відзначимо, що в реальних трансформаторах величина i₀r₁ і i₀x_l1 складають дуже незначну частину напруги u₁, тому з достатньою точністю можна вважати u₁  e₁. З цього співвідношення і формули Е₁ = 4,44fw₁Ф_m випливає, що головний магнітний потік трансформатора пропорційний прикладеній напрузі:

.

Відношення ЕРС, індукованих головним магнітним потоком в первинній і вторинній обмотках, називають коефіцієнтом трансформації.

Оскільки при х.х напруга U_2 0 на клемах вторинної обмотки дорівнює індукованій в ній ЕРС Е₂, а ЕРС Е₁ дуже мало відрізняється за величиною від напруги U₁, то коефіцієнт трансформації визначають як відношення напруг на первинній і вторинній обмотках трансформатора на х.х .