ТРАНСФОРМАТОРЫ.
1. Общее устройство однофазного двухобмоточного трансформатора.
Устройство:
1) Магнитопровод (сердечник) из отдельных листов эл/техн стали
1. Стержень – часть магнитопровода с обмотками.
2. Ярмо – часть магнитопровода, соединяющая стержни.
2) Две обмотки
Конструкции:
1) Стержневые (Фстержня = Фярма)
2) Броневые (Фстержня = 2Фярма)
2. Э/м процессы в цепи переменного тока с активным сопротивлением.
[Схема цепи.]
Пусть
,
тогда
[Графики i(t), u(t), p(t).]
3. Э/м процессы в цепи переменного тока с идеальной катушкой без ф/м сердечника.
[Схема цепи.]
Пусть
,
тогда
4. Э/м процессы в цепи переменного тока с реальной катушкой без ф/м сердечника.
[Схема цепи.]
[Треугольники напряжений, сопротивлений и мощностей.]
5. Э/м процессы в цепи переменного тока с идеальной катушкой с ф/м сердечником.
[Схема цепи.]
[Петля гистерезиса Ф(i).]
Пусть
,
тогда
Выводы:
1) Если напряжение, приложенное к зажимам катушки с ф/м сердечником, изменяется по синусоидальному закону, то магнитный поток также изменяется по синусоидальному закону, причём будет отставать от напряжения на /2.
2) Магнитный поток
Ф однозначно определяется величиной
приложенного напряжения:
.
При наличии ф/м сердечника катушка становится нелинейным элементом. [Построение по заданным Ф(i) и Ф(t)=Фmsin t несинусоидальной функции i(t).] Для упрощения анализа цепи реальный несинусоидальный ток заменяют эквивалентным в энергетическом отношении синусоидальным. Этот ток i(t) сдвинут относительно Ф(t) на некоторый угол . [Векторная диаграмма с величинами I, Iр, Iа,Ф, U, E, , .]
Магнитные потери в сердечнике: Pм = Pв + Pг;
Потери на вихревых токах: Pв = f (f2, B2);
Потери на гистерезисе: Pг = f (f, B2).
6. Схема замещения и векторная диаграмма идеальной катушки индуктивности с ф/м сердечником.
[Векторная диаграмма. Схемы замещения с элементами r, x и rm, xm.]
[Треугольники сопротивлений и проводимостей.]
7. Схема замещения и векторная диаграмма реальной катушки индуктивности с ф/м сердечником.
[Схема цепи r 0. Приведение к цепи с идеальной катушкой (r = 0) и элементами r и x. Векторная диаграмма.]
8. Принцип действия однофазного двухобмоточного трансформатора.
В первичной обмотке переменное напряжение создаёт ток i1, магнитный поток Ф1, которое замыкается по магнитопроводу и пронизывает обе обмотки, и магнитный поток рассеивания Ф1, который замыкается по воздуху и связан только с первичной обмоткой. Поток Ф1 создаёт в первичной и вторичной обмотках соответственно ЭДС самоиндукции 1 и ЭДС взаимной индукции 2. ЭДС 2 порождает ток во вторичной обмотке i2, который создаёт в свою очередь магнитное поле в магнитопроводе Ф2 и магнитный поток рассеивания Ф2.
Магнитное поле в магнитопроводе Ф – результирующая магнитных полей Ф1 и Ф2.
9. Уравнения электрического и магнитного состояния.
[Схема трансформатора.]
1) Уравнения электрического состояния:
Закон полного тока:
1. Идеальный трансформатор (r1 = r2 = Ф1 = Ф2 = 0)
2. Магнитные свойства стали одинаковы вдоль и поперёк прокатки.
3. Значение магнитной индукции в любом поперечном сечении магнитопровода одинаково (H = const).
4. ℓ - средняя магнитная силовая линия.
При ХХ трансформатора (i2 = 0) :
Так как в идеальном трансформаторе магнитное поле однозначно определяется первичным напряжением u1, то H = H0.
Уравнение токов:
2) Уравнение магнитного состояния:
