1. Трансформаторлар

Айналатын б¼лшектерi болмауына ºарамастан трансформаторлар (электр) электр м¸шинелерi ºатарына жатады.

Олар электриндукциялыº за» негiзiнде бiр шамада¹ы кернеулi электр энергиясын, екiншi шамада¹ы кернеулi электр энергиясына айналдырады.

1. Трансформаторларды» ºызметi. Трансформатор кернеудi» ¼згеретiн ¼лшемдер шамаларын ¼зара электрлiк байланыссыз реттеуге арнал¹ан электр º½рыл¹ы. Трансформаторлар электртехникада, электроникада, автоматтандыруда, техникада, байланыс º½рылыстарында телевидениеде, ЭЕМ мен техниканы» басºа салаларында ке» ºолданыс тапты.

Оларды» бiр бiрiнен ºызметi мен º½рылысы жа¹ынан айырмашылыºтары болады. Дегенмен, олар¹а бiр º½рыл¹ыны» т¾рлерi деп ºарап, электр энергиясын тасымалдауды» физикалыº процестерiн мысалдары арºылы зерттейдi.

Электр энергиясында к¾ш трансформаторлары елеулi орын алады. Оларды» к¼мегiнсiз электрэнергиясын беру, тарату мен ºолдану м¾мкiн емес. Электр энергиясын шы¹аратын к¼здердi» кернеуi 20…30 мы» Вольттан артпайды. М½ндай кернеумен электр энергиясын ж¾здеген километр ºашыºтыººа жеткiзу м¾мкiн емес, себебi оны» барлы¹ы электр тасымалдау желiсiнде (ЭТЖ), ток к¾шiнi» квадратына тура пропорциялыº электр шы¹ыны ретiнде жо¹алады.

ЭТЖ электр энергиясыны» шы¹ынын айтарлыºтай т¼мендетудi бiр мезгiлде кернеудi жо¹арылата отырып, ток к¾шiн азайту арºылы iске асыру¹а болады.

Осы жа¹дайда берiлетiн электр ºуаты S= UI к¾йiнде ºалады да оны» шы¹ыны P=I²R квадраттыº де»гейде т¼мендейдi. Энергетиканы» ºазiргi ¼ркендеген кезе»iнде электр ºуаты миллион Вольттыº кернеулермен мы»да¹ан километр ºашыºтыºтар¹а тасымалданады. М½ндай жо¹ары кернеудi тек трансформаторлар к¼мегi арºылы ¹ана алу¹а болады.

Басºа т½р¹ыдан алып ºара¹анда, ж¾здеген мы» Вольттыº кернеудi т½р¹ын ¾йлерге кiргiзу, техникалыº ºауiпсiздiк т½р¹ысынан к¼»iлге сый¹ысыз.

К¾штiк ж¸не т½рмыстыº жабдыºтарды» ж½мысы ¾шiн к¼п жа¹дайларда 380 ж¸не 220 Вольтты кернеу пайдаланады, ондай кернеудi трансформаторлар арºылы алады.

Кернеудi жо¹арылату ж¸не т¼мендету трансформаторды» тамаша ºасиетi. Егер желiге трансформаторды» орам саны к¼п орамасын ºосса кернеудi т¼мендетедi, ал орам саны аз орамасын электр энергия к¼зiне ºосса кернеудi жо¹арылатады.

1.2. Кернеу трансформаторыны» º½рылысы. Трансформатор негiзгi екi б¼лшектен: магнит¼ткiзгiштен ж¸не екi орамнан т½рады (1.1.-сурет).

1. Магнит¼ткiзгiш. Магнит¼ткiзгiштi» негiзгi ºызметi о¹ан бекiтiлген орамдар арасында м¾мкiндiгiнше жо¹ары магниттiк байланысты ºаматамасыз ету. Олар ¼зара жал¹асºан болат ¼зекше мен орамдардан турады.

1.1.-сурет. Бір фазалы кернеу трансформаторының құрылысы.

а – магнитөткізгіш; в – орамалар.

Трансформаторды» магнит¼ткiзгiшiн арнайы электр техникалыº болаттан жасалады, ондай болатты» электрмагниттiк ¼ткiзгiштiгi жо¹ары, сондыºтан да, т½йыºтал¹ан желiде оны» электрмагнит а¹ынына кедергiсi т¼мен.

Ол электр энергиясын трансформациялау кезiнде электр ¼ткiзгiштiгi жо¹ары (кедергiсi аз) мыс немесе алюмин ¼ткiзгiштердi пайдалану мен бiрдей. Сонымен ºоса, электр техникалыº болата, к¸дiмгi конструкциялыº болатºа ºара¹анда, гистерезис º½былысынан пайда болатын магниттiк шы¹ыны ¸лдеºайда т¼мен.

Магнит¼ткiзгiштi» ¼зегi т½тас болаттан емес, екi жа¹ына электр оºшаула¹ыш лак жа¹ыл¹ан ºалы»ды¹ы 0,35 немесе 0,5мм ºа»ылтырлардан º½растырып жасалады. Магнит¼ткiзгiштердi» ºимасы, жасанды т¾рде,ºимасы кiшi к¼птеген ºа»ылтыр¹а б¼лшектеледi, себебi айнымалы магнит ¼рiсiнде орналасºан магнит¼ткiзгiштегi º½йынды тоºты» (фуко тоºтары) ¼туiне кедергiнi арттыру. Ом за»ы бойынша º½йынды тоºты» к¾шi азаяды, б½л магнит¼ткiзгiштегi электр шы¹ынын азайтады.

Сонымен, стержендер мен жарманы:

• магнит а¹ынына кедергi аз болу ¾шiн арнайы электро магниттiк болаттардан жасайды;

• º½йынды тоºты мейiлiнше т¼мендету арºылы электр шы¹ынын азайту маºсатымен болат º½ймадан емес, электтехникалыº болаттан даярланып екi жа¹ына оºшаула¹ыш лак жа¹ыл¹ан ж½ºа ºа»ылтырдан жасайды.

1.2-сурет. Кернеу трансформаторы магнитөткізгіш өзегінің қималарының түрлері

Магнит¼ткiзгiштi» стержендерi мен жармасыны» пiшiне 1.2-суретте к¼рсетiлгендей болып келедi. Магнит¼ткiзгiштердi» стержендерi мен орамдарыны» орналасыуына ºарай трансформаторлар стержендi ж¸не броньды деп б¼лiнедi. Олар магниттi ж¾йемен байланыстырыл¹ан (симетриялы емес ж¸не симетриялы) ж¸не байланыстырылма¹ан (топтал¹ан) болып келедi. Е» к¼п тара¹андары бiр жазыººа орналасºан стержендi симметриялы магнит ж¾йесiмен байланыстырыл¹ан болып табылады.

1.2.2. Кернеу трансформаторыны» орамдары. Трансформаторды» орамдары кернеулерi (Э²К) ¼зара электрлi байланыссыз трансформациялауды ºамтамасыз етуге арнал¹ан. Олар кем дегенде екеу болады. Оларды» бiрi электр энергиясыны» к¼зiне жал¹анады да электр энергиясын магнит энергиясына айналдырады. Екiншi орам – магнит энергиясын электр энергиясына айналдырып, берiлген Э²К бар электр энергиясын к¼зiне айналады.

Трансформаторды» орамдары цилиндрлi жар¹ы т¾рiнде сымдарыны» ºыйма ауданы д¼»гелек немесе тiк болып жасалады. Оларды» орам саны ¸детте, ¸рт¾рлi болып келедi. Орам саны к¼п орама жо¹ар¹ы кернеулiк (Ж.К) орам саны аз т¼менгi кернеулiк (Т.К) деп аталады. Жо¹ары кернеу орамасыны» орам талшыºтарын w₁ ал т¼мен кернеу орамасыны» орам талшыºтарын w₂ деп белгiлейдi. Т¼менгi кернеу орамасы ¼зекшеге жаºын, ал жо¹ары кернеу орамасы т¼мен кернеудi» орамдарыны» сыртынан оралады. Орамдарды стержень мен орама арасында¹ы т¼семiнi» ºалы»ды¹ын азайту ¾шiн ¸дейi орналастырады. Орамдарды» шы¹у ½штары латын ¸рiптерiмен белгiленедi. Жо¹ары кернеулi орамны» басы мен ая¹ы ретiнше А ж¸не Х ¸рiптерiмен белгiлейдi. Т¼мен кернеулi орамдарды» ½шыны» басы а ж¸не ая¹ы х ¸рiптерiмен белгiленедi. ¶ш фазалы трансформаторлар орамдары кемiнде 6. Оларды та»балау ¾шiн латынны» 6 бас ж¸не кiшi ¸рiбiн пайдаланады А – Х; В - У: С - Z æ¸íå à - õ; â - ó; ñ - z. Олар ¼здерiне с¸йкес ¾ш фазалы тоºты» жо¹ары ж¸не т¼мен кернеуiн к¼рсетедi.

Магнит¼ткiзгiшпен орамдарды» жаºсы сууына ж¸не оºшаулануына жа¹дай жасау трансформатор майы толтырыл¹ан арнайы бакты» (ыдысты») iшiне орналастырылады. Ондай трансформатор майлы, ºал¹андары º½р¹аº деп аталдады.

3. Электр энергиясын трансформациялауды» электрлiк –физикалыº процесстерi. Электр энергиясын трансформациялау бiрiнен со» бiрiн, ¸уелi электр энергиясын магнит энергиясына, бiрiншi орамда содан со» екiншi орамада магнит энергиясын электр энергиясына ºайта т¾рлендiру арºылы трансформациялау¹а негiзделген. Энергияны т¾рлендiру кезiнде орамада¹ы омдыº кедергiден ж¸не магнит ¼ткiзтерiнi» болаттарында¹ы º½йынды тоºтардан ж¸не магнит энергиясына т¾рлену кезiндегi гистерезис º½былысынан энергия шы¹ындары болады. Олар орамаларды» ж¸не трансформаторларды» магнит¼ткiзгiштердi» ºызуы т¾рiнде бiлiнедi.

Трансформатор ж½мысы ºалыптасºан кезде энергия трансформаторды» iшiндегi электрлiк ж¸не магнитттiк шы¹ындарды жабу¹а, сондай-аº екiншi орамды к¼ректендiрудi» жа»а к¼зiнде электр ºоз¹аушы к¾ш т½¹ызу¹а ж½мсалады.

Б½л процесс сандыº жа¹ынан трансформатор орамдарында¹ы электрлiк тепе-те»дiктi» математикалыº те»деуi арºылы ¼рнектеледi.

1. Электр энергиясын трансформациялау кезiнде ж¾ктелмеген кернеу трансформаторында болатын электрофизикалыº процесстер. Трансформациялау электромагниттiк индукция за»дылы¹ына негiзделген: ´згермелi магнит ¼рiсiндегi кез- келген тоº ¼ткiзiп денеде электр ºоз¹аушы к¾ш индукцияланады да, оны электр энергиясыны» к¼зiне айналдырады. Т¼менде, 1.3 - суретте к¼рсетiлгендей, бiр фазалы трансформатормен кернеудi трансформациялау¹а мысал келтiремiз. Онда бiрiншi орама¹а оралым саны w₁ ж¸не оралым саны w₂ екiншi орамасы бар трансформаторды» ¸р магнит¼ткiзгiштi» ¼зекшесiнде болатын физикалыº процесс к¼рсетiлген.

Екiншi орама ажыратулы тур¹ан кезде бiрiншi ораманы айнымалы кернеу U₁ желiсiне ºосады. Ом за»ы бойынша бiрiншi орамада айнымалы тоº I₁ пайда болады, ол Ф₁ магнит а¹ынын ту¹ызады. Тоº пен магнит а¹ыны, бiрiншi жуыº м¸нiнде синусойдалы деп саналады. Пайда бол¹ан магнит а¹ыныны» негiзгi б¼лiгi болат магнит¼ткiзгiште т½йыºталады.

Б½л магнит а¹ыны негiзгi магнит а¹ыны деп аталады да, Ф₁ арºылы та»баланады. Оны» басºа б¼лiгi магнит ¼ткiзгiшке соºпастан ¼ткiзгiштi» айналасында¹ы ауа бойынша т½йыºталады, магнит а¹ыныны» б½л б¼лiгi шашыранды а¹ын деп аталып, Ф_1á арºылы та»баланады.

1.3-сурет. Кернеу трансформаторының жүйемесіз жұмысының негізгі телсімі.

К¾ш трансформаторларында негiзгi магнит а¹ыны Ф₁, шашыранды магнит а¹ынынан ¸лдеºайда к¼п, себебi болатты» магнит ¼ткiзгiштiгi, ауаныкiнен ¸лдеºайда артыº. ²азiргi трансформаторларды» шашыранды а¹ындары ¼те аз, ол негiзгi а¹ынны» 0,5 % - нен аспайды. Сондыºтан трансформаторды» ж½мысын ºарастыр¹анда шашырау а¹ынын елемеуге болады.

Негiзгi магнит а¹ыны уаºытºа ºарай ¼згередi. (dô/dt) ж¸не Миткевич аныºта¹ан ереже "О» за»ы" бойынша магнит ¼ткiзгiштi» бойымен айнала отырып, екiншi орамада электромагниттiк индукция за»ына с¸йкес индукцияланады: Э²К:

å₂ = -w₂ d ф/dt (1.1.)

Т½раºты тоºты» а¹ыны уаºытпен бiрге ¼згермейдi (dф/d t=0), сондыºтан ол электр ºоз¹аушы к¾штi екiншi орамада индукциялай алмайды (е₂=- w₂ Ł0=0).

С¼йтiп бiрiншi орама¹а ºосыл¹ан электр энергиясы ¼зара т¾рлену арºылы екiншi орамада магниттiк энергия¹а айналады. Трансформаторды» екiншi орамасы ажыратулы бол¹андыºтан оны» ºоспаларында¹ы Э²К мен кернеу шама жа¹ынан те», ба¹ыты бойынша ºарама- ºарсы. Демек б½л жа¹дайда:

å₂=U_2õ (1.2.)

Со¹ан байланысты трансформаторды» бiрiншi орамына берiлген кернеу u₁ екiншi ораманы» ºыспаларында¹ы u₂ кернеу ретiнде трансформацияланады. Трансформаторды» екiншi орамында¹ы кернеу u₂–нi» шамасы (1.1) ж¸не (1.2.) те»деуiнен к¼рiнгендей орам санына т¸уелдi. Бiрiншi орамада¹ы оралым саныны» екiншi орамада¹ы оралым санына ºатынасы трансформациялау коэффиценттерiмен сипатталады:

w₁/w₂ = ê _m (1.3)

б½л трансформаторды» бiрiншi ж¸не екiншi орамасында¹ы Э²К ºатынасы болады бiрiншi орамада¹ы Э²К-тi ¼лшеу iс ж¾зiнде м¾мкiн емес, ал к¼п жа¹дайда оралым саны к¼рсетiлмегендiктен трансформациялау коэффицентi ретiнде кернеудi» немесе тоºты» негiзi м¸нiн алады:

к_т  U₁/U₂  I₂/I₁. (1.4)

Екi орама бiр магнит¼ткiзгiште ж¸не магнит тасºынында орналасºан, уаºытºа ºарай синусойдалыº за» бойынша ¼згере отарып, Ф=Ф_m Sint, б½ларды» ¸рºайсында Э²К индукцияланады:

e₁ = -w₁ dф/dt = w₁Ф_msin(t -  /2);

e₂ = -w₂ dф/dt = w₂Ф_msin(t -  /2). (1.5)

Àëûí¹àí òå»äåó å₁-æ¸íå å₂-Ф магнит а¹ынынан/2 б½рышына кешiгедi, ал со¹ан с¸йкес оларды» амплитудалыº м¸ндерi,

E_1m = w₁Ф_m ;

E_2m=w₂Ф_m (1.6)

те» болады. Ораманы» Э²К-нi» ¸сер етушi м¸нi былай аныºтайды.

E₁ = E_1m /2 = w₁Ф_m/2 = w₁fФ_m 2/ 2 = 4,44 w₁fФ_m

E₂ = E_2m / 2 = w₂Ф_m/ 2= w₂fФ_m2 / 2 = 4,44 w₂fФ_m . (1.7)

Трансформатор орамасында¹ы индукциялан¹ан Э²К-тi» шамасы (1.7.)-де к¼рсетiлгендей оралым санына w, магнит тасºыны жиiлiгiнi» ж¸не оны» амплитудасы Ф_m- нi» ¼згеруiне т¸уелдi.

Трансформаторды» магнит¼ткiзгiштерi ¾шiн магнит индукциясыны» шамасыны» шегi 1,0-ден 1,6 тесла¹а дейiн бол¹андыºтан ж¾йедегi (1.7.) те»деудегi Ф_m магнит а¹ынын В_m индукция мен ауыстыру тиiмдiрек, онда:

E₁ = 4,44 w₁f B_mQ_c;

E₂ = 4,44 w₂f B_mQ_c,, (1.8)

ì½íäà¹û Q_ñ – трансформаторды» магнит¼ткiзгiш ¼зегiнi» ºимасы.

Б½лай ¼згерту трансформаторды» бiрiншi ж¸не екiншi орамасында¹ы Э²К-тi» шамасын, сондай-аº оны» трансформация коэффицентiн о»ай есептеуге м¾мкiндiк бередi:

к_т =E₁/E₂ =w₁/w₂ (1.9)

Трансформаторды» бос ж¾рiс кезiндегi орныºты ж½мысыны» т¸ртiбi бiрiншi ораманы» электрлiк тепе-те»дiгiмен ¼рнектеледi. Жалпы жа¹дайда трансформатор орамасына берiлген кернеу онда негiзгi а¹ыннан индукциялан¹ан электрºоз¹аушы к¾ш пен шашырау а¹ынынан, орамада¹ы тоºтан кернеудi» азаюынан, магнит¼ткiзгiш темiрдегi º½йынды тоºтан ж¸не гистерезис º½былысынан (темiрдi» артыº магниттелуi) болатын магнит а¹ынында¹ы болатты» кедергiсi арºылы кернеудi» жал¹ан º½лдырауынан º½рал¹ан магнит шы¹ынына пропорционал.

Электромагниттiк индукция за»ына с¸йкес трансформаторды» бiрiншi орамасында екi Э²К индукцияланады:

• негiзгi магнит а¹ынынан болатын Э²К

e₁ = -w₁dФ/dt (1.10)

• шашырау магнит а¹ынаынан болатын Э²К

e_1б = -L_1б di₁ /dt₂ (1.11)

ì½íäà¹û L_Iá– трансформаторды» бiрiншi орамасында шашырау а¹ыныны» индукциялы¹ы, ол оны» темiр ¼зекшесi жоº кездегi индукциялы¹ына те». Бiрiншi орамады¹ы тоº оны» омдыº кедергiсiнде кернеудi т¼мендетедi, оны» сандыº м¸нi физика курсынан белгiлi (R=l/s немесе R=U/I) есептеу немесе экпременталды жолмен же»iл аныºталады.

Гистерезистiк º½былысты ескере отырып болатты» электрлiк кедергiсiн ж¸не со¹ан с¸йкес кернеудi» т¾суiн аныºтау, ферромагниттi денелердегi айнымалы электромагниттiк ¼рiстi зерттеу процесiне жататын теориялыº к¾рделi м¸селе. Электр желiлерi теория т½р¹ысынан алып ºара¹анда трансформаторды» бос ж¾рiс ж½мыс т¸ртiбi активтi-индуктивтiк ж¾ктеме болып табылады, оны» толыº ºуатыны» активтi б¼лiгi мынадай ¼рнекпен аныºталады:

P₁ = U₁ I₁ cosφ₁ = I₁² R_1экв . (1.12)

Ол трансформаторды» бiрiншi орамасы мен магнит¼ткiзгiштi» болатынды¹ы жылу ретiнде б¼лiнедi, демек

Р₁ = Р_м1 + Р_ст , (1.13)

ì½íäà¹û P_cm-трансформаторды» магнит¼ткiзгiштерiндегi электр ж¸не магнит шы¹ындар:

P_cm = P_вх + P_гc (1.14)

ì½íäà¹û P_вх ìåí P_гc-болатта¹ы º½йынды тоºтар (фуко то¹ы) мен гистерезис º½былысынан (болаты» артыº магниттелуi) болатын шы¹ындар. Трансформаторда болатын физикалыº наºтылы процесстердi абструкциялай отырып магнит¼ткiзгiште º½йынды тоºтар мен гистерезис º½былысынан шы¹ындарды электрлiк ж¸не магниттiк шы¹ындар¹а балап, эквиваленттi электркедергiсiн (1.12.) те»деудегi R_Iýêâ–дi омдыº кедергiлерды» R₁ ж¸не магнит ¼ткiзгiштегi жал¹ан кедергiнi» R_cm жиынты¹ы ретiнде ºарастырып былай ¼рнектеуге болады:

R_1экв = R ₁ + R _cm (1.15)

R₁ ìåí R_cm активтi ºуат т½тынушы бол¹андыºтан оларды» жиынтыº м¸нiн активтi кедергi деп атайды, бол¹ан R ¸рiпiмен та»баланатын омдыº кедергiден ажырату ¾шiн оны латынны» r ºарпымен та»балайды:

R₁ + R_cm = r_Iõ (1.16)

ì½íäà¹û R₁ – трансформаторды» бiрiншi орамасынды¹ы электр энергиясын жылу¹а айналдыратын омдыº кедергi:

R_cmбос ж¾рiс режимдегi трансформаторды» магнит ¼ткiзгiшiндегi ж¸не басºа металº½рыл¹ы б¼лiгiндегi жылу¹а пропроционалды жал¹ан кедергi.

r_Iõ–трансформаторды» бос ж¾рiс режимдегi электр энергиясын бiрнеше ораманы» магнит ¼ткiзгiшi мен конструкциялыº басºа º½рыл¹ыларында б¼лiнiп шыººан жылуларды» ºосындысына те» жылу¹а айналдыратын активтi жал¹ан кедергi.

r_Iõ = P₁ / I²_ix (1.17)

Болатты» электр кедергiсiн аныºтау ¸дiстемесi т¼менде 1.5.2. тарма¹ында баяндал¹ан. Сонымен, трансформаторды» бос ж¾рiс режимде баяндал¹ан электрлiк тепе-те»дiгiнi» лездiк м¸нi былай жазылады:

• бiрiншi орамада:

u₁ =  e₁  e_1 + i₁r_1x (1.18)

• екiншi орамада:

u_2õ =e₂ (1.19)

ЭТН (электртехникасыны» теориялыº негiздерi) курсында айтыл¹ан синусоидалы ¼згеретiн кешендi амплитуда теориясы т½р¹ысынан ºарасаº, тронсформаторды» бос ж¾рiс режимде электрлiк тепе-те»дiктi» ¸рекеттiк м¸нi мына те»деумен ¼рнектейдi:

U = -Å ₁ + Lj õ ₁+I ₁r ₁

U_2õ = Å₂ (1.20)

м½íäà¹û

I₁ j õ₁ = -Å_1á (1.21)

Õ₁ = 2 fL_1á (1.22)

м½íäà I₁Ł jł õ₁= -Å_1á - трансформаторды» бiрiншi орамасында шашыранды магнит а¹ынынан пайда бол¹ан Э²К ¸рекеттiк м¸нi, оны» сандыº м¸нi кернеудi» индуктивтi шашыранды кедергiсiне т¾суiне те». r₁-трансформаторды» бiрiншi орамасында¹ы активтi кедергi х₁-трансформаторды» бiрiншi орамасында¹ы индуктивтi шашыранды кедергi, f - ºоректендiру к¼зiндегi тоºты» (кернеудi») жиiлiгi, шашырандылыºты» индуктивтiк кедергiсiн аныºтау ¸дiстемесi 1.5.2. тармаºта жазыл¹ан.

2. Ж¾ктелген трансформатормен (ж½мыс т¸ртiбi) электр энергиясын трансформациялауды» электрофизикалыº процесi.

Трансформаторды» ж½мыс т¸ртiбi, жалпы ал¹анда, оны» орамаларыны» бiрiн ºалыпты кернеулi (немесе со¹ан жуыº) тоº к¼зiне ºосып, ал екiншi ораманы» ºысºышына электр кедергiсiнi» шамасы орамада¹ы тоº к¾шi ºалыпты де»гейден асып кетпейтiндей етiп т½тынушылармен жал¹астырыл¹ан жа¹дай.

Ж½мысшы т¸ртiбiнде болатын физикалыº жа¹дай (1.4-сурет) трансформаторларды» ж¾ктеусiз iстеп т½р¹ан да¹дыдан ¼згеше (1.3- сурет). М½нда екiншi ораманы» ºысºыштарына т½тынушыларды ºосºаннан кейiн онда i₂ пайда болады да, Ф₂ магнит а¹ыны болатын аз магнит ¼рiсiн ту¹ызады. Бiрiншi орамада¹ы сияºты оны» бiр б¼лiгi магнит¼ткiзгiштермен т½йыºталып, ал шашырау то¹ы Ф_2á ауа арºылы екiншi орамны» орамдарыны» айналасында т½йыºталады. Негiзгi магнит а¹ыны магнит¼ткiзгiштермен т½йыºталып, бiрiншi орамада тоºтан (1.3.1.) пайда бол¹ан магнит а¹ынымен ¼зара байланысºа т¾седi.

Ô₂ магнит а¹ыны Ф₁ магнит а¹ыныны» туында¹андыºтан, Ленц ережесiне с¸йкес Ф₁ магнит а¹ыныны» барлыº ¼згерiстерде ºарсыласатын болады. Егер процестi магнит а¹ыныны» ¸сер етушi м¸нi бойынша ºарастыратын болсаº, Ф₂ магнит а¹ыны Ф₁ магнит а¹ынына ºарсы ба¹ытталатын болады (1.3. -сурет).

Екi ораманы» магнит ¼ткiзгiшi ортаº бол¹андыºтан онда бiр магнит а¹ыны Ф_ì орны¹ады, ал трансформатор орамаларыны» ¸рºайсысында туында¹ан магнит а¹ындарыны» векторлыº ºосындысына те»:

Ô_ = Ô₁ + Ô₂ (1.23)

Магнит а¹ыныны» ºосындысыÔ_ Ô₁ ìåí Ô₂ магнит а¹ындарыны» алгебралыº ºосындысына те» емес, себебi олар уаºыт жа¹ынан с¸йкес келмейдi.

Ж½мыс жа¹дайында магнит¼ткiзгiш ºаныººан к¾йде болады да, Ф_ магнит а¹ынын, кейбiр рухсат етiлген ауытºу мен шамасы жа¹ынан ¼згерiссiз деп алу¹а болады.

Шын м¸нiнде екiншi ораманы ж¾ктеген со» тоº пайда болады да Ф₂ магнит а¹ынын ту¹ызады.

Б½л магнит а¹ыны Ф₁ магнит а¹ынын азайту¹а тырысады ж¸не Ф₁ магнит а¹ыны орныººан тепе-те»дiктi саºтап ºалу ¾шiн, бiрiншi орамда¹ы I₁ артуы себебiнен со¹ан пропорцианалды т¾рде Ф₂ магнит а¹ыныны» ¼сiмi шамасына к¼бейедi (артады). Сонымен ж½мысшы аума¹ында ж¾ктеменi» ¼згеруiне ºарай екiншi орамада¹ы тоºты» кезкелген ¼згерiсi, бiрiншi орамада¹ы тоºты» пропорцианалды т¾рде трансформация коэффицентiне с¸йкес ¼згеруiне ¸келедi. Трансформаторды» магнит а¹ыныны» ºосындысы оны» ж¾ктемесiз iстеген кездегi магнит а¹ынына те», ¸рi т½раºты деп аламыз. Ж¾ктемеген кезде Ф_ магнит а¹ыны Ф₁ магнит а¹ынына те».

1.4-сурет. Кернеу трансформаторының жүктемемен жұмысының негізгі телсімі.

Трансформаторды» ºорытынды магнит а¹ыны Ф_ (1.23.) мен екiншi орамда индукциялан¹ан Ф_á2 ж¸не бiрiншi орамда¹ы екi Э²К: негiзгi магнит а¹ынынан туында¹ан Э²К:

e₂ =-W₂dф / d t (1.24)

шашыранды магнит а¹ынынан туында¹ан Э²К:

e_2б =- L_2бd i₂ / d t (1.25)

ì½íäà¹û L_2á–екiншi орамада¹ы шашыранды а¹ынны» индуктивтiгi, ол оны» темiр ¼зекшесiз кезiндегi а¹ынына индуктивтiгiне те».

Ж¾ктелген трансформаторды» екiншi орамасында¹ы электрлiк тепе-те»дiктi» ¼рнегi 1.18. ¼рнекке ½ºсас ¼рнектеледi – магниттiк м¸ндер ¾шiн:

U₂ =e₂ +e_2б - i₂ r₂ (1.26)

• ¸рекеттегi м¸ндер ¾шiн, кешендi т¾рде:

U ₂ = - Е₂ + I₂ j X₂ – I₂ r ₂ (1.27)

ì½íäà¹û I₂ łjX₂ =—Å_2á– трансформаторды» екiншi орамасында шашырау магнит а¹ынынан туында¹ан Э²К-нi» ¸рекет етушi м¸нi, сандыº шамасы бойынша оны» шашыранды индукциялыº кедергiсiндегi кернеудi» тусуiне те»; r₂– трансформаторды» екiншi орамасында¹ы жал¹ан активтi кедергi; х₂–трансформаторды» екiншi орамасында¹ы индуктивтi кедергi, ол 2 t L_2á –ãå òå».

Трансформаторды» электрлiк тепе-те»дiгi те»деуiнi» ж¾йесiн, (1.20) мен (1.27) ескере отырып былай жазу¹а болады.

U ₁ = -Å₁ + I₁ JX₁;

U ₁ = E₂ – I₂ r₂ - I₂ j X₂ (1.28)

Магнит а¹ынымен электрдi» шы¹ыны екi орама¹а да бiрдей бол¹андыºтан болаттарды» кедергiсi логикалыº жа¹ынан те» б¼лiнуi ºажет, былай айтºанда:

r ₁ = R₁ +0.5 R_cm

r ₂ = R₂ +0.5 R_cm (1.29)

ì½íäà¹û r₁ ìåí r ₂ –трансформаторды» бiрiншi ж¸не екiншi орамасында¹ы жал¹ан активтi кедергi, м½нда электр энергиясы жылу¹а айналады, ол ораманы» ¼ткiзгiштерiнде, болат магнит ¼ткiзгiштерде ж¸не трансформаторды» басºа да болат º½рыл¹ы б¼лiктерiнде б¼лiнген жылуларды» ºосындысына те».

Ж¾йе те»деуi (1.28) сан жа¹ынан ºара¹анда электрлiк процестерге с¸йкес келедi. Электр желiсi ¾шiн бiрiншi орама электр энергиясын т½тынушы, демек берiлген кернеу U ₁ онда индуктивтендiрiлген Э²К–тен кедергiлерiне т¾скен трансформатор орамаларыны» Е₁ активтi I₁ r₁ ж¸не U индуктивтi I,ј õ₁ кедергiлерiне т¾скен кернеу шамасына артыº болуы тиiс:

U ₁ = Å₂ – I₁ r ₁ + I ₁ j x₁

Трансформаторды» екiншi орамасы олар¹а ºосылатын т½тынушылар ¾шiн электр энергиясыны» к¼зi болады. ЭТН курсынан белгiлi бол¹андай электр энергиясы к¼здерiнi» ºыспасында¹ы кернеу U₂ Ý²Ê Å₂-ден трансформатор орамаларыны» iшкi активтi I₂ r₂ ж¸не реактивтi I₂ j õ₂ кедергiлерiне т¾скен кернеуден к¼п болу керек:

U ₂ = E₂ – I₂ r₂ – I₂ j x₂

ж¾йедегi те»деулерде (1.28.) белгiлесек

r₁ + j x₁ = Z₁

r₂ + j x₂ = Z₂ (1.30)

Трансформаторды» электрлiк тепе-те»дiк те»деуiн мына т¾рде аламыз

U = -Å ₁ + I ₁ Z₁

U = Å ₂ - I ₂ Z₂ (1.31)

м½íäà¹û Z₁ ìåí Z₂ трансформаторды» бiрiншi, екiншi орамасында¹ы кешендi т¾рде алын¹ан электрлiк толыº кедергi. Электр тепе-те»дiгiнi» те»деулерi (1.28) ж¸не (1.31) болатта¹ы º½йынды тоº пен гистерезис º½былысынан жо¹алуын ескере отырып жасал¹ан. ²азiргi трансформаторларды» магнит ¼ткiзгiштерi электр лакпен оºшауландырыл¹ан жо¹ары сапалы, легирленген электротехникалыº болаттан дайындал¹ан ж½ºа ºа»ылтырлардан жиналады, онда¹ы шы¹ын оны» ºуатыны» пайыздыº ¾лесiнi» аз м¼лшерi ¹ана, сондыºтан инженерлiк есептеулерде к¼пшiлiк жа¹дайда r₁  R₁ æ¸íå r₁  R₂ деп ºабылдап алып ескере бермейдi. Болатта¹ы шы¹ынды есептеу ºажет бол¹ан жа¹дайда мына ¼рнектердi пайдалану¹а болады:

Ð₂ = Ð₂G

Ð_âõ = Ð_âõ G (1.32)

м½íäà¹û Ð₂ ìåí Ð_âõ –гистерезис пен º½йынды тоºты» меншiктi шы¹ыны Вт/кг; G – магнит ¼ткiзгiштi» салма¹ы кг.

Меншiктi шы¹ындар болаттарды» т¾рiне байланысты, аныºтамаларда берiледi немесе мына ¼рнектер арºылы аныºталады.

p_г = (4,4…2,4)B² ( f/100);

p_вх = (5,6…0,6)B² ( f/100)² (1.33)

м½нда¹ы В–индукция, Тл; f -магнит а¹ыныны» ¼згеру жиiлiгi Гц.

´íäiðiñòiê æèiëiê f = 50Гц ¾шiн (1.33) ¼рнегiн ºарапайым т¾рге келтiредi.

Ð₂ = (2.2…1,2) ²

Ð_âõ= (1.4…0,15)² (1.33¹)

не¹½рлым ºуаты жо¹ары болатты» легирлену де»гейi ж¸не ºа»ылтыр ж½ºа болса (1.32) мен (1.33¹) ¼рнектердi эмпериалыº коэффицентiнi» сандыº м¸нi со¹ырлым аз болады.

²азiргi трансформаторларда¹ы гистерезистен болатын шы¹ын, º½йынды тоºта болатын шы¹ыннан жо¹ары ж¸не барлыº шы¹ынны» 85% º½райды: Р₂  0,85 Ð_ñm. ²алы»ды¹ы 0,3 ж¸не 0,5мм электр техникалыº болаттарда электр ж¸не магниттiк ¼зiндiк шы¹ынны», º½йынды ток пен гистерезистен болатын шы¹ындарды» м¼лшерi аныºтамалыº ¸дебиеттерде к¼рсетiлген.

3. Трансформаторды» ж½мыс т¸ртiбi. Кернеу трансформаторларын эксплуатациялауды» негiзгi ж½мыс ережесi – б½л бiрiншi орам желiден ºоректенгенде, ал екiншi орамны» ºыспаларына трансформаторларды» ½заº мерзiмдiк ж½мысын ж¸не орамалар мен магнит ¼ткiзгiштi» ºызуын ºалыпты де»гейден асырмайтын ж½мысын ºамтамасыз ететiн т½тыну ºуатына ºосу.

Трансформатор ж½мысы т¸ртiбiнi» тiркелген т¾рлерi мыналар:

• ºалыпты режимi;

• ж¾ктемесiз бос ж¾рiс режимi;

• зертханалыº ºысºа т½йыºтау режимi.

Трансформаторды» ж½мысыны» шектi режимi, б½л екiншi ораманы» ажыратулы кезiнде трансформаторларды» бос ж¾рiсi режимi ж¸не екiншi орама ºысºа т½йыºтал¹ан режимi. Трансформаторды эксплуатациялауды» барлыº режимдерi оны» шексiз уаºыт мерзiмiнде артыº ºызбай ж½мыс iстеуiн ºамтамасыз етуi тиiс.

1. Трансформаторды» ºалыпты ж½мыс т¸ртiбi. ²алыпты ж½мыс режимi–трансформаторды ºалыпты кернеу желiгiне ºосºанда, шексiз ½заº уаºыт т¼лº½жатында к¼рсетiлген ж¾ктемемен ºызуы белгiленген м¼лшердан аспайтын ж½мысын ºамтамасыз ететiн негiзгi экплуатациялау режимi.

Ҽ뺽æàò-дегенiмiз трансформаторды» ºалыпты ж½мысына сай келетiн барлыº негiзгi ¼лшемдерi жазыл¹ан метал ºа»ылтыр. М½нда толыº ºуат S, кВА; бiрiншi U_1í æ¸íå åêiíøi U_2í орамаларды» желiлек кернеуi, В; бiрiншi ж¸не екiншi орамаларды жал¹ауды» электрлiк с½лбалары; жал¹астыру топтары; фазалар саны; тоºты» жиiлiгi; ºысºа т½йыºтау кернеуi; È _ê%; ж½мыс т¸ртiбi; суыту т¸сiлi ж¸не трансформаторды жинау ж¸не эксплуатациялау кездерiнде ºажет болатын кейбiр ºосымша ма¹л½маттар жазылады.

Трансформаторды» П°К ¼те жо¹ары сандыºтан екi орамада¹ы ºуат бiрдей деп алады. Трансформаторды» т¼лº½жатында ºуат коэффициентi к¼рсетiлмейдi ж¸не ж¾ктеменi» cosφ–iне те» деп саналады. Трансформаторды» бiрiншi ж¸не екiншi орамаларында¹ы ºалыпты тоºтарды» I_1í æ¸íå I_2í м¸ндерi мына ¼рнектермен есептеледi:

I_1н = S_н /3U_1н ;

I_2н = S_н /3U_2н (1.34)

2. Бос ж¾рiс режимi. Трансформаторды» бос ж¾рiс режимi – трансформаторды» екiншi орамасы ажыратулы, ал бiрiншi орамасыны» ºалыпты кернеуге ºосыл¹ан болуы кездегi ж½мысы (1.3.- сурет). Б½л кезде:

U _1õ = U _1í

J_2x = O (1.35)

Трансформаторды» бос æ¾ðiс режим кезiíäå åêiíøi орамада¹ы ток н¼лге те» (ораманы» ºысºыштары ажыратулы) ж¸не тек ºана бiðiíøi орама бойынан ток I_iõ ¼ткен кезде онда магнит а¹ыны пайда болады. Екiíøi орамнан магнит а¹ынын магнитсiздендiðó ¸ñåði болмайтынды¹ынан трансформаторды» бос ж¾рiс режимiíäåãi тоº, трансформаторды» ºалыпты то¹ыны» 10%-нен артпайды: I_1õ=(0,1,,,0,03) I_1í Трансформаторды» ºуатты¹ы артºан сайын, бос ж¾рiс то¹ы пайыздыº ºатынас бойынша азаяды, ал трансформаторды» ºуатты¹ына те» ºалыпты кернеу шамалы ¹ана ¼седi. Трансформаторды» екiíøi ораманы» ºысºыштарында¹ы бос ж¾рiс кернеуi онда¹ы индукциялан¹ан Э²К-ке те»:

U _{2 õ} = Å₂ (1.36)

Трансформаторды» бос ж¾рiс режимi кездегi т½тынатын ºуаты, оны» ºалыпты ºуатыны» 1% -нан артпайды Р= (0,01…0,003)Р_í

Ол ºуат трансформаторды» бiðiíøi орамында сымдарда электрлiк ж¸не магниттiк ж¸не болат ¼ткiçãiøòi» магниттiк, º½йынды тоºтардан, гистерезис º½былысын шы¹ындарды т¾зеуге кетедi.

Трансформаторды» ºуаттылы¹ы жо¹ары бол¹ан сайын, бос ж¾рiс ж½мыс шы¹ыныны» оны» ºалыпты ºуатына ¾лесi, сол¹½рлым аз болады. Трансформаторды» ж¾ксiз ж½мысыны» т¸ртiбi оны» тасымалдау коэффицентiн жуыºтап есептеуге пайдаланады. (К_mU₁/U_2õ), б½л магнит¼ткiзгiш болатта, тармаºтарда¹ы магниттену ¼лшемдерi, оларды» физикалыº м¸ндерi келесi тарауларды» тармаºтарында ºарастырылады (1.5.2).

1.4.3. ²ысºа т½йыºталу режимi. ²ысºа т½йыºталу дегенiмiз трансформаторды» екiншi орамасы ºысºа т½йыºталып, бiрiншi ораманы» ºысºыштарына, бiрiншi орамада¹ы тоºты» шамасы ºалыпты жа¹дайда¹ы м¸нiне те» болатындай кернеуге жал¹ануы.

Оны» екi т¾рi: апаттыº, м½нда ал¹ашºа кернеу ºалыпты кернеуге те» ж¸не лабороториялыº, онда бiрiншi ораманы» ºысºыштарына бiрiншi орамада¹ы тоºтар ºалыпты м¼лшерде болатындай м¼лшерде кернеу беру.

I_1êç = I _1í

I_2êç = I _2í (1.37)

Апатты жа¹дайда трансформаторда¹ы тоº ºалыпты тоºтан (15…20) есе артыº болады, эксплуатациялау барысында о¹ан жол беруге болмайды. Ондайда трансформаторды желiден "дереу" а¹ыту ºажет.

Лабороториялыº ºысºаша т½йыºталу кернеуi ºалыпты кернеудi» 5…10 % болады: è _ê =(0,05…0,1) U_{í ,} Ол не¹½рлым аз болса трансформаторды» ºуаттылы¹ы со¹½рлым болады. Оны» сандыº м¸нi трансформаторды» т¼лº½жатында % -бен берiледi:

è_ê % = U _ê 100% / U _í (1.38)

²ысºаша т½йыºталу режимде трансформаторда ¼тетiн физикалыº процесстер, ж¾кпен ж½мыс iстеу кезiндегiдей, тек айырмасы екiншi ораманы» ºысºыштарында¹ы кернеу н¼лге те», ал ºорытынды магнит а¹ыны со¹ан жуыº.

Электрлiк тепе-те»дiк те»деуi мына т¾рге келедi.

U _1ê = -Å_1ê + /_1ê Z_1ê

Î = -Å_2ê – I_2ê Z₂ (1.39.)

Екiншi орамада¹ы магнит а¹ыны бiрiншi орамада¹ы тоºты» к¾шi арºылы пайда болатын магнит а¹ынын толыº жабады, себебi темiр магнит ¼ткiзгiштi бос ж¾рiс режимiне ºара¹анда ½л¹ай¹ан магниттiк ¼тiмдiлiк болуынан жо¹ары ºаныºпа¹андыº жа¹дайда ½стайды. Iс ж¾зiнде ºысºа т½йыºталу режимде трансформаторда шашырау а¹ыны ¹ана ºалады. Трансформатор орамаларында¹ы активтi кедергi аз. Сондыºтан ºалыпты кернеудi» бiрлiк пайызын º½райтын кернеу кезiнде де орамада¹ы тоºты» м¸нi ºалыпты шамасына Ом за»ына с¸кес жетедi.

²ысºа т½йыºталу кезiнде, негiзгi а¹ын ¼те аз бол¹андыºтан, магнит ¼ткiзгiштердегi шы¹ынды т¸жiрибеде инженерлiк д¸лдiкпен екi орамада¹ы Омдыº кедергiге те» деп алып ж¸не ºысºа т½йыºталуды» ºосынды шы¹ынын екi орамны» Омдыº кедергiсiне те»еп алу¹а болады.

Ð_ê = Ð_ì1 + Ð_ì2 (1.40)

К¾ш тiк трансформаторларында ºысºа т½йыºталу ºуаты

I_ê=I_í êåçiнде ºалыпты ºуаттылыºты» (3…0,5 %) º½райды, демек

Ð_ê = (0,03… 0,005) Ð_í (1.41)

²ысºаша т½йыºталу ºуаты, ж¾ксiз ж½мыс ºуатынан (2,5…4,0) есе артыº:

Ð_ê = (2,5… 4,0)Ð_õ (1.42)

²ысºа т½йыºталуды» т¸жiрибе кезiнде алын¹ан м¸ндерi орамада¹ы электр шы¹ындарын ж¸не трансформаторды» ¼лшемдерiн аныºтау¹а арнал¹ан кейбiр т¸жiрибелiк есептердi шы¹ару кезiнде пайдаланады.

4. Трансформаторлар мен оны» ¼лшемдерiн эквиваленттi алмастыруды» электрлiк телсiмi. Наºты трансформатор ж½мысын аналитикалыº ж¸не т¸жiрбиелiк талдауда электрмагниттi байланыс жоº деп алып эквиваленттi желiлiк электрлi алмастырма с½лбасы ретiнде ºарасаº, векторлы-топографиялыº диаграммасын т½р¹ызу айтарлыºтай же»iлдейдi. С½лбада берiлетiн ºуаттылыº тоº пен кернеудi» фазалыº ºатынастары с½лбасы мен наºты трансформаторда бiрдей болатындай етiп жасайды.

   1. Кернеу трансформаторын эквиваленттi алмастыруды» электрлiк с½лбасы. Электр тепе-те»дiк те»деуi (1.28.) электр энергиясын бiрiншi орамадан екiншi орама¹а трансформациялау кезiндегi электрлiк процесстердi сипатта¹ан I₁ ìåí I₂ тоºтарыны» арасында айºын т¸уелдiлiктi» жоºты¹ынан оларды сандыº талдау¹а м¾мкiндiк бермейдi. Б½л ºиындыºты орамалары магнит байланысты наºты трансформаторда, оларды» элементтерiн (кедергiлерiмен) электрлi байланыстармен жал¹астыратын эквиваленттi алмастыру электр с½лбасы арºылы ¼рнектеу жолымен же»уге болады.

Эквиваленттi алмастыруды» б½лжымас шарты наºты трансформатормен оны» эквиваленттi алмастыру электр с½лбасында¹ы электр процесстерiнi» д¸л келуi.

М½ндай алмастыруды» к¾рделiлiгi, трансформаторды» жалпы жа¹дайда сызыºтыº емес элементi ж¸не ¼зара индуктивтiленетiн орамамен ферромагниттi ¼зекшесiнi» болуына байланысты. Наºты трансформатордан эквиваленттi алмастыру электр телсiмiне тiкелей ¼ту м¾мкiн емес. Дегенмен электротехника теориясыны» курсында, шынайы трансформатордан эквиваленттi электр электр с½лбасына ¼ту орамада¹ы орам саныны», ¼ткiзгiштердi» ½зынды¹ыны», матераиалдарды», оларды» ºималарыны» бiрдей болуына байланысты.

Наºты трансформаторда жалпы ал¹анда бiрiншi ж¸не екiншi орамны» орамаларында¹ы ¼ткiзгiштердi» к¼лдене» ºимасы, Омдыº ж¸не индуктивтiк, шашырау кедергiлерi бiрдей емес, сондыºтан, алдымен шынайы трансформатордан, келтiрiлген трансформатор¹а, содан кейiн ¹ана эквиваленттi алмастыру с½лбасына ¼ту керек. Трансформаторды» екi орамасыны» саны бiрдей, ¸детте бiрiншi ораманы» орам санына келтiрiледi.Оны былай жасайды: екiншi ораманы бiрiншi орама¹а келтiру ¸рекетi трансформторды т½тас ал¹анда, ж¸не жекелеп ал¹анда, бiрiншi ораманы» энергетикалыº процесiне ¸сер етуi тиiс емес. Келтiрiлген екiншi ораманы» барлыº ¼лшемдерi келтiрiлген делiнедi ж¸не наºты трансформаторда¹ы та»балармен белгiленедi,бiраº шекелерiнде та»ба болады:

Å^,₂ ¹_{, ,} È₂ ¹, I₂ ¹_,R_2,¹ Õ₂¹ æ¸íå Z₂.¹

Келтiрiлген трансформаторды бiрiншi ж¸не екiншi орамасы бiрiне-бiрi тiзбектеле жал¹ан¹ан электр тiзбегi деп ºарастыру¹а болады, ал оларды» бiрiн магнит ¼ткiзгiшке орал¹ан шашыранды магнит а¹ыны, ж¸не Омдыº кедергiсi жоº екiншi элементiн магнит ¼ткiзгiштен сырт орналасºан темiр ¼зекшесi жоº Ом кедергiсi ж¸не индуктивтiк кедергiсi бар шар¹ы болады (1.5_à-сурет). Сонымен ºатар екiншi орамада¹ы орам саны келтiрiлген трансформаторды» бiрiншi орамасыны» санына те»естiрiледi (w₂=w₁). 1.5 а-суретте к¼рсетiлген келтiрiлген трансформатордан 1.5 в суретте к¼рсетiлген темiр ¼зекшешi бар индуктивтi шар¹ы¹а к¼шуге болады. М½нда келтiрiлген трансформаторды» орамаларыны» арасынды¹ы магниттi байланыс оларды ºосу арºылы жасал¹ан.

1.5-сурет. Келтіріглен кернеу трансформаторы мен эквивалентті индуктивті шарғының сұлбасы.

Егер трансформатор орамасында¹ы тоº ºорытушы магнит а¹ыны ¸серiнен пайда болса наºты трансформаторды» индуктивтi шар¹ысында¹ы энергетикалыº процесс сандыº ºатынас жа¹ынан келтiрiлген трансформаторда¹ы с¸йкес процесспен бiрдей болады. (1.23.). Индуктивтi шар¹ыда¹ы жал¹ан ток (1.5в-сурет) магниттендiргiш ток I_ деп аталады, негiзгi магнит а¹ынын ту¹ызу¹а ж¸не º½йынды тоºтар мен гистерезис ¸серiнен магнит¼ткiзгiш болатта¹ы электрлiк ж¸не магниттiк шы¹ындарды» орнын толтыру¹а ж½мсалады:

I_ = I_cm j I_õì , (1.43)

ì½íäà¹û I_cm – магниттегiш тоºты» болатта¹ы шы¹ынны» орнын толтыратын активтi º½раушысы; I_õì–магниттегiш тоºты» негiзгi магнит а¹ынын ту¹ызатын реактивтi (индуктивтi) º½раушысы. Iс ж¾зiнде магниттегiш ток I_ ж¾ктелуге т¸уелсiз, т½раºты болып саналады.

Эквиваленттi алмастыру орындал¹аннан со», индуктивтi ¾ш шар¹ыны аралас жал¹астыр¹ан, оны» екеуi темiр ¼зекшесiз ж¸не бiреуi идеалдандырыл¹ан темiр ¼зекшелi, бiраº ¼ткiзгiштерiнде Омдыº кедергiсi, не шашыратºыш индуктивтi кедергiсi жоº. Шашыратºыш индуктивтi кедергiсi жоº болу,болаттан жасал¹ан электр желiсi теориясына с¸йкес толыº кешендi кедергiсi бар, эквиваленттi электр тарма¹ы бол¹ан жа¹дайда ¹ана орындалады:

Z_ = R_cm + j õ_ì (1.44)

м½íäà¹û R_cm - магниттендiру желiсiнi» активтi кедергiсi, ол наºты трансформаторды» болат магнит ¼ткiзгiштерiндегi электрлiк ж¸не магниттiк шы¹ындар¹а пропорцианал болады; Х_ì –магниттендiру желiсiндегi тiзбегiндегi индуктивтiк кедергi, сандыº жа¹ынан олар наºты трансформаторлар орамаларыны» ¼зара индукциялау кедергiсiне те»:

õ_ì = 2 fÌ (1.45)

Екiншi ораманы» келтiрiлген ¼лшемдерiнi» келтiрiлгенге дейiн ж¸не келтiрiлгеннен кейiн де, т½тас ал¹анда трансформаторда¹ы энергетикалыº процестерiнi» саºталуы арºылы аныºталады. Екiншi орамада¹ы келтiрiлген тоºты» аныºтау ¾шiн магнит тоºтарын с¸йкес магниттендiргiш к¾штермен (I _w) ауыстыру арºылы (1.23.). ¼рнектi пайдалану¹а болады:

I _ w = I₁ w₁ + I₂w₂ (1.46)

ì½íäà¹û I _ –магнит ¼рiсiн ж¸не магниттендiргiш к¾шпен (I_ w) ºорытынды магнит а¹ынын ту¹ызатын магниттендiргiш жал¹ан тоº ол наºты трансформаторды» екi орамасы ту¹ызатын магниттегiш к¾штердi» ºорытынды м¸нiне те». (1.46.)– те»деудi» екi жа¹ында w₁–ге б¼лу арºылы мынандай ¼рнек аламыз:

I _ = I₁ + I₂ w₂/ w₁ (1.47)

òå»äåóäi

I₂ w₂/ w₁ = I₂ (1.48)

деп белгiлеп магниттендiргiш тоºты I_ , áiðiíøi I₁ ж¸не трансформатор орамасында¹ы келтiрiлген екiншi I₂ тоºтармен байланыстыру арºылы мына те»деудi жазамыз:

I _ = I₁ + I₂ (1.49)

ì½íäà¹û I₂ жал¹ан тоºты тасымалдау коэффицентi Ê_m = 1,0 наºты трансформаторды» екiншi орамасында¹ы I₂ то¹ына сан жа¹ынан те», демек бiрiншi ж¸не екiншi орамада¹ы орам сандары те» бол¹анда¹ы (w₂=w₁) шарты орында¹анда келтiрiлген тоº деп атау¹а келiсiлген. Солай ете отырып, магниттеушi к¾шi саºтал¹ан болса, орамада¹ы оралым саны наºты трансформаторды» бiрiншi орамасыны» орам санына те», магниттеушi то¹ы I_ наºты трансформаторды» те»дiгiн ºана¹аттандыра алатын (1.46) жал¹ан индуктивтi катушкамен алмастыру¹а болады. Келтiрiлген параметрлерiнi» ºал¹андарын келтiргенге дейiнгi ж¸не келтiрiлгеннен кейiнгi те»дiктерiне с¾йене отырып аныºтау¹а болады:

Å^,₂ ¹_, ; U₂ ¹; I₂ ¹_,R_2,¹ õ₂ æ¸íå Z₂¹;

• активтi ºуаттылыº Е₂¹ R₂ = (I₂¹)² R_2,¹ (1.48.) ескере отырып,

R_2,¹ = R₂ (w₂/ w₁)² (1.50)

• реактивтi ºуаттылыº I₂ ² õ₂ = (I₂¹)² õ ₂¹ (1.48.) ескерсек

õ₂¹ = õ₂ (w₂/ w₁)² (1.51)

• т½тынатын толыº ж¾ктемелiк ºуаттылы¹ы I₂ ² Z₂ = (I₂¹)² Z₂ ¹ (1.48) ескерсек:

Z₂¹ = Z₂(w₂/ w₁)² (1.52)

Желiнi» беретiн толыº ºуаттылы¹ы

Å₂I₂ = Å₂¹I₂¹ (1.48.)-äi ескерсек

Å₂ = Å₂ (w₂/ w₁) = Å₁ (1.53)

Э²К пен кернеу Е₂ = U_2õ ж¾ктеусiç æ½ìûñ êåçiíäå (1.53) – òi ескерсек:

U ₂¹ = U ₂ (w₂/ w₁) (1.54)

̽íäà¹û Å₁ трансформаторды» бiðiíøi орамада¹ы ж¸не келтiðiëãåí åêiíøi орамаларында¹ы индукцияланан¹ан Э²Ктер.

Êåëòiðiлген трансформаторды» екiíøi орамада¹ы электрлiê òåïå òå»äiêòi алын¹ан ¼рнектердi ескере отырып былай жазу¹а болады:

U ₂¹ = Å₂¹ - I₂¹ R₂¹ – I₂¹ j Õ₂¹ (1.55)

Наºты трансформаторды со¹ан парапар келтiрiлген трансформатормен (1,5а сурет) эквиваленттi ауыстыру барысында ж¸не екiншi ораманы» w₁ = w₂ жа¹дайында бiðiíøi ораманы» Омдыº кедергiñi R₁ ж¸не шашыртатºыш индуктивтi кедергi Õ₁ ораманы» ¼зiíåí øûºàíäûºòàí êåëòiðiлген трансформаторды» электрлiê òåïå-òå»äiê òå»äåói былай ¼рнектеледi:

U ₁ = - Å_1ì +I₁ R₁ + I₁ j Õ₁ (1.56)

(1.55) пен (1.56) те»деулердегi R₂ ìåí R₁ с¸йкес орамаларды» болат магнит ¼ткiзгiштерiндегi электр кедергiлерiн ескермегенде Омдыº кедергiлерi. (1.28) те»деудегi электр тепете»дiгiнi» º½раушылары I₁ŁR_cm кернеудi» т¼мендеуi I₁ r₁ = I₁ R₁ +I₁ R_cm болат магнит ¼ткiçãiøòåðiнде º½йынды тоºтар мен гистерезистер ¸серiнен болатын электр шы¹ындары ендi Å_1ì жатºызылады:

Å_1ì = Å₁ – I_¹ R_cm (1.57)

Инженерлiк есептеулерде (1.57) те»деуiíäåãi I_μ¹R_cm кернеуiíi» азаюы аз шама бол¹андыºтан Е_1μ Å₁, àë I_ ≈ I_ åñêiðiлмейдi.

Ендi келтiрiлген трансформаторды» электрлiк те»деуiнi» ¼рнегi ºабылдан¹ан ½й¹арым бойынша м½ндай ж¾йе т¾рiнде жазылады.

U ₁ = -Å₁ + I₁ R₁ + I₁ j Õ₁ ;

U ₂ ¹= Å₁¹ – I₂ ¹ R₂¹ – I₂ ¹ j Õ₂¹;

I_=I₁+I₂ (1.58)

(1.58) те»деу ж¾йесiнi» графикалыº шешiмi, келтiрiлген трансформаторды» кернеуiнi», то¹ыны» ж¸не Э²К–нi» векторлыº диаграммасын т½р¹ызу¹а м¾мкiндiк бередi.

Векторлыº диаграмма оларды» шамасын ж¾ктелу сипаттарыны» ¼згеруiне байланысты оларды» арасында¹ы уаºыттыº ы¹ысу б½рыштары туралы к¼рнектi ºорытынды жасау¹а м¾мкiндiк бередi. Инженерлi кесептеулерде, ораманы» ºысºыштарында¹ы кернеу мен оларды» электрлiк кедергiлерiне т¾сетiн кернеулердi» шамалары бiрдей еместiгiнен U₁>>I₁ŁZ₁, ¾лкен ºателердi» болу м¾мкiндiгiн ескере отырып, оларды ке»iнен ºолданбайды. 1.7 мен 1.8. суреттерде трансформаторды» бос ж¾рiс ж¸не ºысºа т½йыºталу мен активтi индуктивтi ж¾ктелу кезiндегi векторлыº диаграммалары келтiрiлген.

1.6-сурет. Келтірілген кернеу трансформаторының: а – жүктемесіз жұмыс; б – қысқа тұйықталу; в – активті индуктивті жүктеме тәртібіндегі векторлық-топографиялық диаграммасы.

Векторлыº диаграмма негiзiнде, трансформаторды» ¸рт¾рлi ж½мыс т¸ртiбi кезiндегi электрлiк процесстердi сапа т½р¹ысынан ба¹алау¹а ºолданылады. Болаты бар электр желiлерiнi» жалпы теориясымен (1.58) те»деулер ж¾йесiне негiздей отырып кернеу трансфорын ауыстыруды» эквиваленттi электр с½лбасы сызылады (1.8) сурет. 1.8.- суретте к¼рсетiлген трансформаторды ауыстыратын эквиваленттi электр с½лбасы "электротехниканы» негiздерi" курсында ºарастырыл¹ан сызыºтыº электр желiсiн есептеудi» белгiлi ¸дiстемесiн ºолданып наºты трансформаторды» ¼лшемдерiн есептеу арºылы табу¹а м¾мкiндiк бередi.

Трансформаторды» к¼рсетiлген эквиваленттi электр с½лбасында: Е₁ ìåí Å₂ трансформаторды» бiрiншi орамасы мен келтiрiлген екiншi орамасында¹ы Э²К; R₁ ìåí R₂ ретiне ºарай трансформаторды» бiрiншi орамасы мен келтiрiлген екiншi орамасында¹ы Омдыº кедергiлерi: Х₁ ìåí Õ₂–трансформаторларды» бiрiншi орамасы мен келтiрiлген екiншi орамасында индуктивтi шашырау кедергiсi: Z_ =R_cm + j X_ì магниттену тiзбегiнi» кедергiсi: т¸жрибеде R₁ ìåí R₂¹ << R_cm , àë õ ₁ ìåí õ₂¹<<õ_ì Кирхгоф за»ы бойынша трансформаторды» эквиваленттi ауыстырма с½лбасы ¾шiн кейбiр ауытºуларда ескерiп, мынадай те»деу ж¾йесiн º½рады:

U₁ = - Å₁ + I₁ (R₁ + j õ ₁);

U ₂ = Å₂ – I₂¹ (R₂¹ + j õ ₂¹);

I_ = I ₁ + I₂ (1.59)

(1.59) те»деулер ж¾йесi наºты тансформаторды ºарастыр¹анда кездесетiн физикалыº процесстердi к¼рсететiн электрлiк тепе-те»дiктi» те»деуiнен айырмашылы¹ы бар, ол болатты» кедергiсiн (1.28) трансформатор орамасыны» Омдыº кедергiсiне (1.29), ал эквиваленттiк телсiмiн Э²К –ке (14.57) келтiру есебiнен болады.

-Å _1ì = I_ (R_cm + j õ ₁) = - Å₁ + I_ R_cm (1.60)

1.7-сурет. Келтірілген кернеу трансформаторының эквивалентті электр сұлбасы.

Эквиваленттi орынбасуды» электрлiк с½лбасы наºты трансформаторда энергетикалыº процесстердi тоº к¾шiн ºуат ж¸не т.б. сандыº жа¹ынан талда¹анда д½рыс, бiраº ¼тпелi ж¸не т½раºтал¹ан кездегi процесстердi» физикалыº м¸ндерiне талдау жасау¹а пайдалану¹а болмайды.

1.5.2. Трансформаторды» эквиваленттi алмасырма электр с½лбасыны» параметрлерi. Эквиваленттi алмастырма с½лбасында электр телсiмi жiберiлген кейбiр ауытºулар кезiнде, бiр к¼зден ºоректендiретiн сызыºтыº электр тiзбегi болып табылады, оны» аналитикалыº есептеу ЭТН курсында¹ы ¸дiстi пайдалану арºылы ж¾ргiзiледi.

Электр тiзбегiн º½ратын ¼лшемдердi» м¸ндерi былай аныºталады:

• магнит ¼ткiзгiштердi» геометриялыº ¼лшемдерi мен трансформатор орамаларыны» ¼лшемдерi мен трансформатор орамаларыны» параметрлерiн пайдалана отырып талдау есебiмен;

• бос ж¾рiс ж¸не ºысºа т½йыºтау режимдегi экспременталды зерттеу м¸лiметтерi бойынша;

• трансформаторды» т¼лº½жатында¹ы берiлгендерi бойынша.

Аналитикалыº есептеулердi ораманы» Омдыº кедергiлерiнi» м¸нiн аныºтау¹а ºолданылады:

• áiðiíøiíi R₁ = l _1oρ w₁² / γ S₁

• åêiíøiíi R₂¹ = l _2oρ w₁² / γ S₂ w₂

• ì½íäà¹û l _1oρ ìåí l _2oρ с¸йкес орамаларды» орамдарыны» орташа ½зынды¹ы; γ–орама жасал¹ан ¼ткiзгiштердi» ¼зiндiк кедергiлерi; S₁ ìåí S₂ орама жасал¹ан ¼ткiзгiштердi» к¼лдене» ºимасы; w₁ ìåí w₂–бiрiншi ж¸не екiншi орамаларда¹ы орам саны.

Бiрiншi орама мен магниттену тiзбегiнi» параметрлерiн есептеп шы¹ару гистерезис пен º½йынды тоºтан болатын шы¹ындарды аныºтау к¾рделi бол¹андыºтан, ºиын, ол туралы (1.3.2) тарауда айтыл¹ан. Дегенмен I_1õ тоºты», бос ж¾рiстегi активтi ºуатты» Р_õ ж¾ксiз ж½мысты» ж¸не Э²К шамалары белгiлi болса оны мына ¼рнектермен есептеуге болады:

• болатты» кедергiсiн

R_cm = R₁ - Ð_õ / I_1õ² (1.63)

• магниттену тiзбегiнi» толыº кедергiсiн

Z _ = Å ₁ /I_1õ (1.64)

• магниттену тiзбегiнi» индуктивтi кедергiсiн

(1.65).

õ_ =√Ζ_² - R_cm² (1.65)

бiрiншi ораманы» шашырау индуктивтi кедергiсiн

õ₁ =√Ζ_1õ² – (R₁ + R_cm² ) -õ_ (1.66)

ì

½íäà¹ûΖ_1õ –трансформаторды» бос ж¾рiс кездегi толыº кедергi

Ζ_1õ =U_1H / I_1õ (1.67)

Екiншi ораманы» келтiрiлген индуктивтi шашырау кедергiсi х₂¹ бос ж¾рiс кезiндегi зерттеу м¸лiметтер мен зертханада ºысºа т½йыºтау м¸лiметтерiнi» ºосындысы ретiнде жуыº м¼лшермен есептеледi.

Õ₁ =Õ₂¹= Õ_ê (1.68)

м½íäà¹û Õ_ê – трансформаторды» ºысºа т½йыºтал¹ан кезiндегi реактивтi кедергiсi, магниттелу тiзбегiнi» Z _ кедергiсi Z ₁ Z ₂ кедергiсiне ºара¹анда ¼те ¾лкен, сол ¾шiн эквиваленттi алмастырма с½лбасында есепке алмасуы болады.

Б½л жа¹дайда:

Õ_ê =√Z _ê² – R²_ê (1.69)

ì½íäà¹û

Z_ê= U_1ê /I_1ê= U_1í è_ê%/I_1í ƒ100% (1.70)

R²_ê =Ð_ê/I_1ê² (1.71)