ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА / лекции эл и эл / 3.ТРАНСФОРМАТОРЫ

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, в котором переменный ток одного напряжения преобразуется в переменный ток другого напряжения, но той же частоты.

Имеет не менее двух обмоток:

– первичная, подключается к источнику электрической энергии;

– вторичная, подключается к потребителю.

Обмотки изолированы друг от друга и связаны одним магнитным потоком.

Для усиления магнитной связи, обмотки размещаются на сердечнике, который называется магнитопроводом.

Сердечник выполняется шихтованным, т.е. набранным из листов электротехнической стали. Листы изолированы друг от друга при помощи лакового покрытия.

Это позволяет сократить потери на нагрев, на вихревые токи, на гистерезис.

Принцип действия:

Первичная обмотка подключена к источнику первичного напряжения U₁. Под действием этого напряжения в первичной цепи возникает ток i. Намагничивающая сила этого тока возбуждает в сердечнике переменный магнитный поток

Этот магнитный поток, сцепленный с обеими обмотками трансформатора, индуктирует в них э.д.с., мгновенные значения которых будут:

где действительное значение

т.е.

При номинальной нагрузке мощного трансформатора его к.п.д. очень высок, Это дает возможность считать одинаковыми первичную и вторичную полные мощности нагруженного трансформатора

К – коэффициент трансформации;

К >1— понижающий трансформатор; К < 1 – повышающий. Если трансформатор повышает напряжение, он называется повышающим, если понижает – понижающим.

КЛАССИФИКАЦИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ

1. По конструкции:

– Воздушные не имеющие сердечника, т.е. без магнитопровода (для частот свыше 20 кГц);

– С магнитопроводом;

– Автотрансформаторы ( имеют одну обмотку, преобразование напряжений происходит за счет изменения числа витков).

2. По способу передачи энергии:

— Однофазные:

– Трехфазные:

У трехфазного трансформатора первичные и вторичные обмотки принято называть совокупностью трехфазных обмоток одного напряжения.

3. По мощности:

– Маломощные;

– Большой мощности.

4. По способу охлаждения:

– Сухие;

– Маслянные.

Уравнение первичной цепи (по II закону Кирхгофа)

Уравнение вторичной цепи

ПАРАМЕТРЫ ПРИВЕДЕННОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Коэффициент трансформации трансформатора относительно велик. Например для напряжения 6000 В и 230 В. При расчетах желательно сопоставлять параметры первичной и вторичной обмоток. Связь между величинами становится простой, если «привести» вторичную обмотку к числу витков первичной обмотки, т.е. К = 1.

Приведение вторичной обмотки к условию W₁=W₂ не должно изменить режим первичной цепи, а в цепи вторичной обмотки сохраняются

энергетические условия (активная и реактивная мощности, их распределение между элементами).

то

Приведенные вторичные напряжения

Приведенный вторичный ток (по фазе противоположный) уравновешивает вторичный ток.

Приведенное вторичное активное и реактивное сопротивление

ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ТРАНСФОРМАТОРА

- подставляем во второе уравнение, а подставляем в первое, получаем

- приведенное полное внутреннее сопротивление вторичной цепи;

- приведенное полное сопротивление нагрузки.

Между двумя обмотками существует магнитная связь. Заменим эту связь на эквивалентную электрическую. Тогда - полное сопротивление цепи намагничивания.

- из уравнения первичной цепи.

По I закону Кирхгофа

При отключении нагрузки

- этот режим называется х.х.

- намагничивающий ток, или ток х.х.

Х.Х. ТРАНСФОРМАТОРА И К.З. ТРАНСФОРМАТОРА

Х.х. – когда к зажимам первичной обмотки подводят напряжение, а вторичная обмотка разомкнута.

На основании опыта х.х. по показаниям приборов определяют потери в стали сердечника Р_ст (вихревые токи, гистерезис), ток х.х. – I₀, коэффициент трансформации – К.

; ; ;

К.З. ТРАНСФОРМАТОРА

Когда вторичная обмотка замкнута накоротко или на очень малое сопротивление. Из опыта к.з. определяют внутреннее падение напряжения и потери в проводе обмотки.

При опыте к.з. вся мощность Р_пр затрачивается на электрические потери в проводниках обмоток трансформатора.

;

; ; .

;

- активное сопротивление к.з.

; ; ; .

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ И К.П.Д.

;

; .

При номинальных нагрузках к.п.д. очень высок. У больших трансформаторов .

Рабочая характеристика:

Внешняя харакеристика:

6