4. Электромагнитные устройства.

4.1 Назначение трансформаторов:

Трансформатор – статический электромагнитный преобразователь переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

Т может быть однофазными и трехфазным, двухобмоточным и многообмоточным.

Классический Т – двухобмоточный.

Устройство однофазных и трёхфазных трансформаторов:

Содержит замкнутый ферромагнитный сердечник из тонких изолированных друг от друга листов эл. Тех . стали и двух обмоток охватывающих сердечники расположенных одна поверх другой.

В промышленности применяются трехфазные трансформаторы содержащие трехстержневой сердечник.(На каждом стержне две обмотки ОНН и ОВН. Обмотки соединены между собой треугольником или звездой)

1. обмотка высшего напряжения.

2. Обмотка низшего напряжения

3. Замкнутый ферромагнитный сердечник из листовой стали

4. Изоляционный канал между обмотками.

Принцип действия двухобмоточного трансформатора:

Сердечник состоит из стержня. Трехфазный трансформатор содержит три одинаковых стержня, соединенных с торцем ярмами. На каждом стержне как и в однофазном трансформаторе размещены одна поверх другой две обмотки, которые соединяются между собой либо звездой, либо треугольником.

Принцип действия:

Каждый стержень с обмотками, по существу, представляет собой 1фазный трансформатор. Обмотка, которая подключена к источнику питания называется первичной. Для первичной обмотки вводим индекс 1. Обмотка, к которой подключены приемники электроэнергии, называют вторичной. Индекс – 2.

Первичная обмотка подключена к источнику синусоидального тока с , а ко вторичной обмотке подключен приемник с .

Напряжение создает в первичной обмотке ток , который создает МДС , которая создает магнитный поток

Магнитный поток индуцирует в обеих обмотках ЭДС в соответствии с законом электромагнитной индукции.

ЭДС вторичной обмотки создает в обмотке и приемнике ток и МДС , которая воздействует на магнитный поток, т. е. магнитный поток создается совместным действием токов обеих обмоток.

воздействует на ток

Таким образом в трансформаторе имеются две обратные связи: от МДС по току и от к току .

Трансформатор является преобразователем тока, напряжения и сопротивления.

Преобразователь напряжения и тока:

Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС, индуцируемые переменным магнитным потоком в обмотках, пропорциональны количеству витков и скорости магнитного потока.

Согласно второму закону Кирхгофа для идеального трансформатора:

Отношение напряжений и ЭДС

- коэффициент трансформации.

Трансформатор – преобразователь напряжения, тока, сопротивления:

Т.о. трансформатор является масштабным преобразователем напряжения, т. е. изменяет напряжение по амплитуде пропорционально количеству витков , не изменяя при этом формы кривой напряжения.

Изменяя количество витков вторичной обмотки можно получить, либо понижающий трансформатор, либо повышающий.

Если , то - трансформатор повышающий

Если , то - трансформатор понижающий

Согласно закону полного тока для идеального трансформатора в соответствии с электромагнитной схемой

, где Н – напряженность магнитного поля в сердечнике

l – длина средней линии сердечника

В идеальном трансформаторе Н=0

Т. о. трансформатор является масштабным преобразователем тока.

Любое изменение тока в приемнике ( соответственно и во вторичной обмотке) вызывает пропорционально изменение тока в первичной обмотке и соответственно изменение тока в источнике питания трансформатора.

Мгновенная и полная мощности при преобразовании U и I остаются неизменными

, т.е.

или , т.е.

Т.е. полная мощность любой из обмоток является полной мощностью трансформатора.

Она указывается в паспорте трансформатора.

Преобразование сопротивления:

Полная мощность энергии, потребляемая приемником

Полная мощность энергии, потребляемая первичной обмоткой трансформатора от источника питания

, где - полное сопротивление приемника, воспринимаемое источником питания.

Т.к.

Отсюда

Т.о. трансформатор «изменяет» сопротивление приемника пропорционально квадрату коэффициента трансформации.