4.1 Производственно-техническая ситуация.
Вы работаете преподавателем электротехнического колледжа. Заведующим учебной частью Вам было предложено разработать методическое обеспечение для выполнения студентами задания – «Анализ электромагнитных и тепловых явлений в трансформаторе».
4.2 Разрешение производственно-технической ситуации.
Приводим последовательность Ваших рассуждений и действий по разрешению производственно – технической ситуации.
Вы объяснили устройство и принцип действия однофазного трансформатора
Трансформатор – это устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии переменного электрического тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения при сохранении частоты тока.
Простейший трансформатор имеет следующую конструкцию:
магнитопровод из электротехнической стали;
д
ве
обмотки из меди, которые располагаются
на магнитопроводе
(изолированные
от магнитопровода и друг от друга).
Обмотка трансформатора, которая подключается к источнику электроэнергии (то есть к сети), называется первичной. Обмотка, к которой подключаются потребители электроэнергии или линии электропередачи, ведущие к потребителям, называется вторичной.
Части магнитопровода, на которых располагаются обмотки, называются стержнями, а части, которые замыкают стержни, называются ярмами. Магнитопроводы трансформаторов выполняются двух видов: стержневые и броневые. В стержневом однофазном трансформаторе первичная и вторичная обмотки располагаются на двух стержнях, связанных ярмами. В однофазном броневом трансформаторе первичная и вторичная обмотки располагаются на одном стержне, а магнитопровод охватывает обмотки с двух сторон (как бы «бронируя» их).
Трансформатор, который имеет одну первичную и одну вторичную обмотки называется двухобмоточным, одну первичную и две вторичные обмотки – трёхобмоточным, имеются также многообмоточные трансформаторы.
Помимо активных частей (магнитопровода и обмоток) конструкция трансформатора включает в себя ряд частей, предназначенных для изоляции, охлаждения, крепления активных частей и других целей: корпус или бак с трансформаторным маслом, вводы, изоляция обмоток и магнитопровода и другое.
Принцип действия трансформатора следующий: к первичной обмотке подводится переменное напряжение u1, в результате чего в обмотке протекает переменный ток i1. Этот ток создаёт переменный магнитный поток Ф, который замыкается по магнитопроводу и пронизывает витки первичной и вторичной обмоток. В результате в этих обмотках индуктируются переменные э.д.с. е1 и е2:
; 
, (1)
где w1 – число витков первичной обмотки;
w2 – число витков вторичной обмотки.
При подключении нагрузки во вторичной обмотке будет протекать переменный ток i2 , а на её зажимах устанавливается переменное напряжение u2.
Из выражений (1) следует, что в любой момент времени отношение э.д.с., индуктируемых в обмотках, равно отношению чисел витков этих обмоток:
, (2)
где kТ – коэффициент трансформации трансформатора.
Равенство (2) справедливо не только для мгновенных значений, но и для амплитудных и действующих значений. Поэтому коэффициент трансформации трансформатора можно определить приближённо опытным путём: подключить к зажимам обмоток трансформатора вольтметры и разделить показание вольтметра в первичной обмотке на показание вольтметра во вторичной обмотке.
Э.д.с. е1, наводимая в первичной обмотке, называется э.д.с. самоиндукции. Э.д.с. е2, наводимая во вторичной обмотке, называется э.д.с. взаимной индукции.
В магнитопроводе существует переменный магнитный поток, который наводит э.д.с., под действием которых, в магнитопроводе протекают вихревые токи. Вихревые токи сопровождаются тепловым действием. Для уменьшения тепловых потерь магнитопровод выполняется из тонких листов электротехнической стали.
В магнитопроводе также наблюдается явление перемагничивания (гистерезиса) электротехнической стали, которое сопровождается выделением тепла. Для уменьшения потерь энергии в стали на перемагничивание применяются специальные электротехнические стали (например, холоднокатаные).
Вы разобрали пример.