Номинальные параметры транс­форматора.

1. Номинальное первичное ли­нейное напряжение - напряжение на зажимах первичной обмотки, на ко­торое она рассчитана,.

2. Номинальное вторичное на­пряжение - напряже­ние на зажимах вторичной обмотки при от­ключённой нагрузке (ре­жим холостого хода) и при номинальном напряжении на первичной обмотке,.

3. Номинальный линейный ток в первичной обмотке ,.

4. Номинальный линейный ток во вторичной обмотке ,.

5. Номинальная полная мощ­ность ,.

Каждый трансформатор рассчитан для работы на определённой частоте. В России частота составляет 50 герц.

Конструкция: Однофазный 2х обмоточный трансформатор состоит из стального сердечника и 2х расположенных на нём обмоток из изолированного медного провода и электрически несвязанных между собой. Стальной сердечник – из листовой электротехнической стали, служит для усиления магнитной связи между обмотками.

Первичная обмотка соединена с источником эквивалентного тока и потребляет энергию от источника.

Вторичная обмотка – к которой присоединена нагрузка и которая отдаёт электрическую энергию.

Принцип действия: основан на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока, возникает ток в первичной обмотке, который создаёт переменное магнитное поле 1-ой обмотки. Это магнитное поле раскладывается на поле рассеивания и основное поле, которое создаёт магнитный поток, замыкающийся на сердечнике. Этот поток ЭДС самоиндукции в первичной обмотке и ЭДС взаимоиндукции во 2-ой обмотке. Если 2-ую обмотку закоротить или подключить нагрузку, то это приведёт к появлению тока во вторичной цепи, который в свою очередь создаёт магнитное поле, кторое также раскладывается на поле рассеивания и основное поле, создающее магнитный поток, замыкающийся на сердечнике, при этом поток направлен навстречу потоку поля первичной обмотки. Поток 2-ой обмотки, накладываясь, оказывает размагничивающее действие на 1-ую катушку, тем самым повышая в ней силу тока, понижая сопротивление, что приводит к возрастанию первичного потока. Суммарный поток равен их разности.

38. Опыт холостого хода (когда первичная обмотка включена на напряжение сети, а вторичная – разомкнута).

В первичной обмотке существует небольшой ток холостого хода I_1X и трансформатор потребляет из сети электроэнергию, мощность которой называют потерями холостого хода Р_Х. Трансформатор в режиме хх – индуктивная катушка с магнитопроводом, в котором возникают потери энергии.

U_1x=U_1ном

.

При холостом ходе сопротивление нагрузки очень велико, то есть , поэтому ток через вторичную цепь не течёт, то есть.

Энергия, отбираемая трансформатором из сети при хх, теряется в магнитопроводе и в первичной обмотке. Но мощность потерь в обмотке, обладающей малым активным сопротивлением, при малом токе хх ничтожна. Поэтому мощность потерь хх Р_Х – магнитные потери в стали магнитопровода.

Т.к. напряжение питающей сети неизменно, то и мощность потерь хх Р_Х в трансформаторе постоянна, не зависит от тока приёмников.

39. Опытом холостого хода называется испытание трансформатора при разомкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном первичном напряжении U_1x=U_1ном.

На основании этого опыта по показаниям измерительных приборов определяют коэффициент трансофрмации и мощность потерь в магнитопроводе трансформатора. Опыт холостого хода является одним из двух обязательных контрольных опытов при заводском испытании готового трансформатора.

40. Опыт короткого замыкания – испытание трансформатора при короткозамкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном первичном токе I_1к=I_1ном. Этот опыт служит для определения важнейших параметров трансформаторов: мощности потерь в проводах , внутреннего падения напряжения. Опыт короткого замыкания, как и опыт холостого хода, обязателен при заводских испытаниях.

В режиме короткого замыкания(U₂=0) ЭДС E_2к, индуктируемая во вторичной обмотке, как следует из второго закона Кирхгофа, равна сумме напряжений на активном сопротивлении и индуктивном сопротивлении рассеяния вторичной обмотки.

Напряжение первичной обмотки в опыте короткого замыкания U_1к при токе I_1к=I_1ном равно примерно 5-10% номинального U_1ном . Поэтому действующее значение ЭДС E₂ в работающем режиме. Пропорционально значению ЭДС уменьшается магнитный поток в магнитопроводе, а вместе с ним намагничивающий ток и мощность потерт в магнитопроводе, пропорциональная .Следовательно, можно считать, что при опыте короткого замыкания вся мощностьP_1к трансформатора равна мощности потерь в проводах первичной и вторичной обмоток.

41. Аварийный ре­жим короткого замыкания воз­никает при повреждении элек­трической сети, неисправностях аппаратов и других устройств во вторичной цепи, ошибочных действиях обслуживающего пер­сонала и  пр.

Большие токи, возникающие в трансформаторе при коротком замыкании, могут вызвать механи­ческое повреждение обмотки (а за­тем и пробой изоляции) или резкое повышение ее температуры, что угрожает целостности изоляции.

Отличие от опыта: Работа при номинальном или более высоком напряжении.

42. В общем случае параметры первичной обмотки трансформатора отличаются от параметров вторичной обмотки. Разница наиболее ощутима при больших коэффициентах трансформации, что затрудняет расчеты и особенно построение векторных диаграмм. Векторы электрических величин, относящиеся к первичной обмотке, значительно отличаются по своей длине от одноименных векторов вторичной обмотки. Затруднения можно устранить, если привести все параметры трансформатора к одинаковому числу витков, например, к w₁. С этой целью параметры вторичной обмотки пересчитываются на число витков w₁.

Приведенный трансформатор

Таким образом, вместо реального трансформатора с коэффициентом трансформации k = w₁ / w₂, получают эквивалентный трансформатор с k = w₁ / w₂ = 1. Такой трансформатор называется приведенным. Приведение параметров трансформатора не должно отразиться на его энергетическою процессе, то есть все мощности и фазы вторичной обмотки должны остаться такими же, что и в реальном трансформаторе.

Так, например, если полная мощность вторичной обмотки реального трансформатора S₂ = E₂ I₂, то она должна быть равна полной мощности вторичной обмотки приведенного трансформатора:

Используя ранее полученное выражение I ₂‘ = I₂ w₂/w₁, напишем выражение для E₂‘:

Приравняем теперь активные мощности вторичной обмотки:

Приведенное сопротивление трансформатора

Определим приведенное активное сопротивление:

по аналогии:

Уравнения ЭДС и токов для приведенного трансформатора теперь будут иметь вид:

43. Уравнение МДС: .Тогда:;;, где- ток нагрузки, приведённый к числу витков первичной обмотки.

Уравнение равновесия МДС для приведённого Трансформ.

После сокращения на преобразуем в:

Уравнение ЭДС и напряжений:

44. В электрических цепях обмотки трансформаторов связаны между собой магнитным полем. Это усложняет расчет цепи и анализ ее работы.

Поэтому целесообразно заменить трансформатор его моделью, которая называется схемой замещения. Построение схемы замещения должно удовлетворять требованиям, предъявляемым к моделям, т. е. математическое описание режима схемы замещения должно совпадать с математическим описанием электрического состояния трансформатора.

45.