28. Принцип дії однофазного трансформатора, його основні електричні параметри.

Принцип роботи однофазного трансформатора. Найпростіший трансформатор зображений на рис.5.1. Розглянемо фізичні процеси, що проходять у ньому.

При живленні первинної обмотки змінним струмом частотою f буде створюватися змінний магнітний потік

                                                      Ф = Ф_m · sin , Вб.                                                   (5.1)

Величина ЕРС, що індукована в одному витку обмотки, знаходиться на основі закону електромагнітної індукції:

       = - Ф_m ·cos =.                   (5.2)

Рис.5.1 - Однофазний трансформатор.

ЕРС, що індукована, відстає за фазою від потоку на кут.

Діюче значення ЕРС в одному витку:

         .          (5.3)

Якщо в первинній обмотці трансформатора v₁ витків, то ЕРС первинної обмотки визначається за формулою:

                              , В.                                             (5.4)

Якщо у вторинній обмотці трансформатора v₂ витків, то ЕРС вторинної обмотки визначається за формулою:

                             , В.                                                (5.5)

Відношення ЕРС первинної і вторинної обмоток (відношення чисел їх витків) називають коефіцієнтом трансформації:

                                              .                                                      (5.6)

Для  трансформаторів, що знижують, k>1; для трансформаторів, що підвищують, - k<1.

Якщо вторинну обмотку трансформатора з'єднати з приймачем  електричної енергії, то під дією ЕРС цієї обмотки у вторинному колі трансформатора виникає струм i₂. Таким чином, електрична енергія за допомогою змінного магнітного поля передається з первинної обмотки трансформатора на вторинну.

При теоретичному аналізі роботи трансформатора часто вживають поняття реальний трансформатор, ідеалізований трансформатор, зведений трансформатор.

Реальний трансформатор має обмотки, розташовані на осерді. Обмотки мають як активний опір, так і опір розсіяння (крім основного магнітного потоку, є потоки розсіяння первинної та вторинної обмоток).

Ідеалізований трансформатор це трансформатор, у котрого відсутні магнітні потоки розсіяння, а активні опори обмоток дорівнюють нулю.

Зведений трансформатор - еквівалентний реальному трансформатор, у якого коефіцієнт трансформації дорівнює одиниці. Для заміщення реального трансформатора зведеним треба витримати принципи еквівалентності енергетичного стану. Зведені електричні величини у цьому випадку позначаються штрихами.

29. Режим холостого ходу трансформатора.

Холостим ходом називають режим роботи трансформатора, коли його первинна обмотка приєднана до кола змінного струму, а вторинна розімкнута. Особливість трансформатора полягає в тому, що за відсутності струму в колі вторинної обмотки струм у його первинній обмотці (струм холостого ходу) дуже малий. Розмір струму холостого ходу в 15-20 разів менше за величину струму первинної обмотки трансформатора при його повному навантаженні.

Невеличкий струм холостого ходу створює мале падіння напруги (I₁₀×r₁)  в опорі r₁ первинної обмотки (його величина не перевищує 0,5% від величині прикладеної напруги U₁). Основна частина прикладеної напруги урівноважена ЕРС е₁ первинної обмотки. Тому, нехтуючи незначним падінням напруги в первинній обмотці при холостому ході трансформатора, можна вважати

                                                         e₁u₁.                                                                (5.7)

Якщо напруга, прикладена до первинної обмотки, змінюється в часі за синусоїдальним законом, то урівноважуюча його ЕРС первинної обмотки також буде змінюватися за синусої-дальним законом:

                             e₁=Е_М1sint..                                                                   (5.8)

ЕРС вторинної обмотки створюється тим же магнітним потоком, що й ЕРС первинної обмотки. Тому

                                  e₂=Е_М2sint.                                                               (5.9)

 Оскільки величина ЕРС е₁ практично дорівнює величині прикладеної напруги u₁, а напруга на розімкнутих затискачах вторинної обмотки чисельно дорівнює ЕРС е₂, то вираз для коефіцієнта трансформації можна записати у виді:

            .                                       (5.10)

Отже, коефіцієнт трансформації приблизно може бути визначений відношенням величин напруг на затискачах первинної і вторинної обмоток трансформатора при холостому ході.

Підбираючи  число витків w₂ вторинної обмотки, можна за заданого значення первинної напруги U₁ одержати бажану величину напруги U₂ на затискачах вторинної обмотки.

Векторна діаграма для холостого (неробочого) ходу трансформатора подібна векторній діаграмі котушки індуктивності

Для холостого ходу трансформатора можна записати:

                     ,                                             (5.12)

звідкіля випливає, що при збільшенні первинної напруги вище номінальної, внаслідок насичення, різко збільшується струм холостого ходу, і трансформатор працює в пожежонебезпечному режимі.