2. Принцип действия и классификация трансформаторов.

Принцип действия. Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

1) Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)

2) Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция).

Н а одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку. В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать. ЭДС создаваемую в любой обмотке можно найти по закону Фарадея: U=N*(dФ/dt), где U-напряжение в данной обмотке, N-число витков в этой обмотке, Ф-суммарный магнитный поток, через один виток обмотки.

Классификация. 1) Трехфазный - трансформатор, в магнитной системе которого создается трехфазное магнитное поле.

2) Двухобмоточный - трансформатор, имеющий две основные гальванически не связанные обмотки.

3) Масляный - трансформатор с жидким диэлектриком, в котором основной изолирующей средой и теплоносителем служит трансформаторное масло.

4) Сухой - трансформатор, в котором основной изолирующей средой служит атмосферный воздух или другой газ или твердый диэлектрик, а охлаждающей средой атмосферный воздух.

5) Регулируемый под нагрузкой - регулируемый трансформатор, допускающий регулирование напряжения хотя бы одной из его обмоток без перерыва нагрузки и без отключения его обмоток от сети.

6) Переключаемый без возбуждения - регулируемый трансформатор, допускающий регулирование напряжения путем переключения ответвлений обмоток без возбуждения после отключения всех его обмоток от сети.

7) Автотрансформатор - трансформатор, две или более обмоток которого гальванически связаны так, что имеют общую часть.

8) Силовой - трансформатор, служащий для преобразования энергии переменного тока в электрических сетях энергетических систем.

4. Уравнения напряжений трансформатора.

В идеальном трансформаторе уравнение напряжений выглядит так: U1~ -e1 U2~e2

В уравнении равновесия ЭДС и напряжений в реальном трансформаторе учитывается наличие потоков рассеяния и активное сопротивление обмоток. Запишем с учётом этих величин уравнение по второму закону Кирхгофа для первичной и вторичной обмоток трансформатора:

U1=-e1-es1+R1i1, где es1=-L1*(di1/dt)

U1=-e1+L1*(di1/dt)+R1i1, параметр L1*(di1/dt) представляет собой падение напряжения на индуктивности и в комплексной форме записывается как jX1I1. Перейдём к комплексным значениям: U1=-E1+jX1*I1+R1*I1=-E1+I1(R1+jX1)=-E1+I1*Z1 - уравнение электрического состояния первичной обмотки в комплексной форме. Аналогично для второй обмотки: U2=E2+I2*Z2. X1,X2 - индуктивные сопротивления рассеяния обмоток. Z1,Z2 - комплексные сопротивления. Величины I1z1 и I2z2 – падения напряжения в обмотках. Трансформаторы проектируют так, чтобы энергия передавалась при минимальных потерях в самом трансформаторе. Поэтому в пределах до номинальной нагрузки напряжение питания U1 уравновешивается в основном ЭДС взаимоиндукции, которая соответствует передаваемой энергии; падение напряжения в обмотке порядка 3-10% от U1, причем большие значения относятся к трансформаторам меньшей мощности.