18. Устройство и принцип действия трансформатора

Трансформатор - статический электромагнитный аппарат, служащий для преобразования переменного тока одного напряжения и переменный ток той же частоты, но другого напряжения. Потребность трансформирования - повышения и понижения переменного напряжения - вызвана необходимостью передачи электрической энергии на большие расстояния. Чем выше напряжение, чем при равной мощности источника энергии меньше ток. Следовательно, для передачи энергии требуются провода меньшего сечения, что приводит к значительной экономии цветных металлов, из которых изготовляются провода линий электропередачи. Потери электрической энергии в проводах также уменьшаются с уменьшением тока. При передаче электрической энергии от электростанций к потребителям происходит многократное повышение и понижение напряжения.

Классификация:

По числу фаз: однофазные и трехфазные;

По числу обмоток: двухобмоточные и многообмоточные;

По конфигурации магнитопровода: стержневые, броневые и тороидальные.

Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Трансформатор состоит из магнитопровода (сердечник) и двух обмоток. Первичная подключ. К источнику переменного тока (W1) напряжения (U1), к другой обмотке подключен потребитель Zн, ее называют вторичной.

При подаче переменного напряжения U1 на первичную обмотку W1 в ней появляется переменный ток, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток. Замыкаясь по магнитопроводу, магнитный поток Ф сцепляется с витками обмоток трансформатора W1 и W2 и наводит в них ЭДС:

e1 = -W1 dФ/dt

e2 = -W2 dФ/dt

энергия первичной обмотки во вторичную передается с помощью перемен. Магнитного поля, а гальванич. связь м/у обмотками отсутствует.

E1=4,44 ʄw1Фm

E2=4,44 ʄw2Фm

E1/E2=W1/W2=K – коэф. трансформации

Обмотки выполняются из медного или алюминиевого изолированного провода.

19.Режимы работы однофазного трансформатора

1) Холостой ход трансф. – это такой режим его работы, при котором первичная обмотка вкл в сеть перемен. тока с напряжением U1 и частотой ʄ, а вторичная обмотка разомкнута, т.е. ток вторичной обмотки =0

Под действием напряжения U1 по первичной обмотке протекает Iх.х., который создает магнитодвиж. Силу(МДС). Эта МДС создает в трансформаторе магнит. Поток, преоблад. Часть которого Фх замыкается по магнитопроводу, а др. часть потока, обычно гораздо меньшая, замыкается главным образом вне магнитопровода. Это так называемый поток рассеяния.

При холостом ходе трансф. Ток I1х. весьма мал и можно считать, что Uͦ1≈-Eͦ1

2) Работа трансформатора при нагрузке

При подключ. Нагрузки Zн к зажимам вторичной обмотки трансформ. Появляется ток Iͦ2. Одновременно ток в первичной обмотке достигает значения Iͦ1, а магнитный поток в магнитопроводе – значения Фͦ1. Ток Iͦ2, протекая по вторичной обмотке создает магнитный поток вторичной обмотки Фͦ2. Основная часть этого потока замыкается по магнитопроводу трансф., сцепляясь со вторичной и первичной обмотками. Меньшая часть потока вторичной обмотки – поток рассеивания Фͦ2 сцепляется только со вторичной обмоткой и наводит во вторичной обмотке ЭДС рассеяния Еͦ2d.

Работу трансф. Под нагрузкой можно пояснить следующим образом: I2 стремится уменьшить магнитный поток трансформатора Фͦ напряж. Сети, к которой подключена первичная обмотка, стремится восстановить значение магнитного потока, посылая в трансф. Дополнит. Ток ΔIͦ1,т.о. при нагрузке трансф. Ток первичной обмотки можно выразить: Iͦ1=Iͦ1x-ΔIͦ1, где Iͦ1x – ток х.х., а ΔIͦ1 – ток, идущий на поддержание неизмен. Магнит. Потока при подключ. Нагрузки(появление тока Iͦ2).

Внешняя хар-ка тр.

В режиме нагрузки втор. Напряж. U2 незначит. Зависит от тока нагрузки. Зависимость U2=ʄ(I2), привед. На рис., назыв. Внешней хар-ой. Она снимается при U1=const, cosϕ2=const.

3)Режим короткого замыкания.

Это аварийный режим работы тр.

Напряжение первичной обмотки = номинальному, а сопротивление нагрузки = 0(соедин. Зажимы корот. Обмотки между собой)

В аварийном режиме токи очень значит. Большие. Они столь велики, что приводят к выходу из строя обмотки трансформатора.