Трансформаторы.

1. Устройство однофазного трансформатора. Режим холостого хода. Коэффициент трансформации.

Под действием напряжения приложенного к первичной обмотке в ней протекает ток, создающий магнитное поле в сердечнике. Это поле, пересекая витки вторичной обмотки, и наводит в них ЭДС. Если ко вторичной обмотке подключена нагрузка, то под действием ЭДС в ней протекает ток

Трансформатор- электрический аппарат служит для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при постоянной частоте.

Трансформатор состоит из магнитопровода набранного из тонких листов электротехнической стали, изолированных друг от друга, и обмоток, выполненных из медных или алюминиевых проводов. Одна из обмоток включается в цепь переменного тока – первичная обмотка, к клеймам второй подключается нагрузка – вторичная. При протекании переменного тока в первичной обмотке образуется магнитный поток, основная часть которого замыкается по магнитопроводу, а меньшая по воздуху (магнитный поток рассеивания - ). Переменный магнитный поток пересекая витки вторичной обмотки индуктирует в ней ЭДС взаимоиндукции – Е₂. При подключении нагрузки во вторичной цепи под действием ЭДС Е₂ будет протекать переменный ток I₂, который образует свой, переменный магнитный поток, основная часть которого будет замыкаться по магнитопроводу, а меньшая по воздуху (магнитный поток рассеивания - ). Сумма основных магнитных потоков образованных токами первичной и вторичной обмоток составляют суммарный поток трансформатора . Поток трансформатора пересекая ветки первичной обмотки индуктирует в ней ЭДС самоиндукции Е₁. Первичная обмотка является активно-индуктивной нагрузкой для цепи переменного тока, а вторичная – источник электроэнергии.

Принцип действия:

Под действием напряжения приложенного к первичной обмотке в ней протекает ток, создающий магнитное поле в сердечнике. Это поле, пересекая витки вторичной обмотки, и наводит в них ЭДС. Если ко вторичной обмотке подключена нагрузка, то под действием ЭДС в ней протекает ток.

Потоки, не замыкающиеся по сердечникам, называются потоками рассеяния. Число витков в первичной обмотке – n₁, во вторичной – n₂.

Пренебрегая потоком рассеяния, можно записать, что ЭДС, возникающая в первичной обмотке будет: e₁=-d/dt=-n₁(dф/dt) Ф=Ф_mn₁sin(t) dФ/dt=Ф_mcos(t)=Ф_msin(t+90⁰)

U₁=-e₁=Ф_mn₁sin(t+90⁰) { Ф_mn₁=U_m} U₁=(n₁Ф_m)/(2)=n₁Ф_m2f/(2)=4.44n₁fФ_m

U₂=4.44n₂Ф_m

Магнитный поток сердечника трансформатора определяется только напряжением в первичной обмотке, т.е. не зависит от тока во вторичной обмотке и, при этом, отстает от ЭДС первичной обмотки на 90⁰.

Коэффициент трансформации отношение напряжения в первичной обмотке и напр. во вторичной.

к=U₁/U₂=(4.44n₁fФ_m)/(4.44n₂fФ_m)=n₁/n₂

Режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке назвывается. Режимом холостого хода. Ток в режиме хх называется намагничивающим или током хх.

Режим холостого хода:

К первичной обмотке подводится номинальное напряжение U₁, а ко вторичной подключают вольтметр имеющий большое сопротивление (I₂=0). Амперметр первой цепи А₁ показывает ток холостого хода (I_2k). Вольтметр V₁ показывает номинальное напряжение в первой обмотке. Ваттметр W показывает мощность потерь при холостом ходе Px, V₂ показывает U_2x = U_2ном. ???

Режим холостого хода является опытным и служит для: 1) определения коэффициента трансформации 2) мощности потерь в стали 3) параметр схемы замещения (намагничивающей) цепи трансформатора.

1)

2) Мощность потерь в стали – мощность потребляемая трансформатором в режиме холостого хода. , т.к. - 5% от

3) Схема замещения .

Для нахождения параметров намагничивающей цепи составим схему замещения трансформатора в режиме холостого хода, т.е. заменим цепь трансформатора эквивалентной схемой замещения.

mn- участок намагничивающей цепи.

Rn- потери в стали.

Xn-сопротивление возникающее за счет магнитного потока F трансформатора.

2. Работа трансформатора под нагрузкой. Уравнения электрического состояния обмоток.

Этот режим – рабочий режим трансформатора, чем больше ток во вторичной цепи (I₂), тем больше нагрузка трансформатора. Запишем уравнение намагничивающих сил трансформатора:

Разделим это уравнение на число витков:

?????

Ток состоит из 2 составляющих: 1) I₁ холостого хода (1-3%* I₁) – основной поток трансформатора. 2) - компенсирует размагничивающее действие тока 2-ой обмотки.

, - число ????

Ток в обмотке с большим числом витков – меньше.

Внешняя характеристика трансформатора – это зависимость между U₂ и током нагрузки I₂ при заданном напряжении U₁.

Чем больше нагрузка I₂ , тем меньше напряжение U₂