1.5 Теоретические положения :

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения при неизменной частоте.

Трансформатор состоит из стального магнитопровода, на котором расположены обмотки. К одной из обмоток проводят напряжение U₁ от источника питания. Эта обмотка называется первичной. Другая обмотка, имеющая ₂ витков называется вторичной. Магнитопровод служит для усиления связи между первичной и вторичной обмотками трансформатора.

Ф

Рисунок 1.4 - Принципиальная схема однофазного трансформатора

Одна из обмоток, рассчитанная на большее напряжение, называется обмоткой высшего напряжения, а вторая обмоткой низшего напряжения. При подключении трансформатора к сети переменного тока с напряжением U₁ в первичной обмотке проходит ток i₁. Под действием магнитодвижущей силы i₁W₁ возбуждается переменный во времени магнитный поток Ф₀. Большую часть потока Ф₀, замыкающую по магнитопроводу и сцепленную с обеими обмотками трансформатора, называют основным магнитным потоком Ф, небольшую часть Ф₀, сцепленную только с одной первичной обмоткой трансформатора, называют потоком рассеивания первичной обмотки Ф₁.

В основе работы трансформатора лежит закон электромагнитной индукции, в соответствии с которым пронизывающий обмотки трансформатора магнитный поток Ф индуцирует в них ЭДС е₁ = - *₁ и e₂ = - *₂. Если во вторичной обмотке присоединить нагрузку, то под действием Е₂ в этой обмотке появится переменный ток i₂. Именно так с помощью переменного магнитного потока осуществляется передача энергии из первичной обмотки во вторичную. Электрофизические процессы, протекающие при этом в трансформаторе, можно представить в виде структурно-логической цепочки :

u ₁ i₁ i₁w₁ Ф e₂, e₁

Режим работы трансформатора в условиях, для которых он рассчитан и изготовлен, называется номинальным. Режимом х.х. трансформатора называется такой режим его работы, при котором к первичной обмотке подводится номинальное напряжение, а вторичная обмотка разомкнута (при разомкнутом S₂ , рисунок1.4). Основной магнитный поток индуцирует в первичной и вторичной обмотках трансформатора ЭДС, действующие значения которых

Е₁ = 4,44 w₁ *f₁ * Ф_m (1.11)

Е₂ = 4,44 w₂ *f₁ * Ф_m (1.12)

Падение напряжения в первичной обмотке при х.х. мало, то им можно пренебречь. Тогда по второму закону Кирхгофа уравнение ЭДС первичной обмотки можно представить :

U₁ = -E₁ (1.13)

Следовательно, если u₁ = U_1m *sin t₁ , то е₁ = U_1m *sin (t +180)

Коэффициентом трансформации называется отношение ЭДС обмотки высшего напряжения (ВН) к ЭДС обмотки низкого напряжения (НН), т.е.

Е₁ 4,44 f₁w₁ * Ф_m w₁

К = = = (1.14)

Е₂ 4,44 f₁w₂ * Ф_m w₂

U₁ = - E₁

 I₁x.x.

I_0а

Ф_m

Е₂

Е₁

Рисунок 1.5 - Векторная диаграмма трансформатора при х.х.

Режим, при котором одна из обмоток трансформатора питается от источника с переменным напряжением, а зажимы второй обмотки замкнуты накоротко, называют режимом короткого замыкания трансформатора. К.з. трансформатора в условиях эксплуатации создает аварийный режим, т.к. вторичный ток, а следовательно, и первичный, увеличивается в несколько раз по сравнению с номинальным.

Различают эксплутационное и испытательное к.з. трансформатора. Если при подключении к сети первичной обмотке трансформатора по какой-либо причине происходит закорачивание его вторичной обмотки, в цепи последней ток может превышать номинальную величину в 10 – 20 раз. Такое к.з. трансформатора называется эксплуатационным, и защита должна отключить коротко замкнутый трансформатор немедленно.

При испытательном к.з. трансформатора с помощью регулятора напряжения на первичной обмотке напряжение плавно повышают от 0 до значения, при котором токи в обмотках станут равны номинальным значениям.

Посредством вольтметра, ваттметра и амперметра измеряют соответственно U_1к , мощность P_к и ток I₁ к.з. Напряжение, подводимое к трансформатору U₁ , при котором токи в обмотках равны номинальным, выражают в процентах от соответствующего номинального напряжения :

U_1к

u_к = *100% (1.15)

U_1н

и называют напряжением короткого замыкания.