Трансформатор со стальным сердечником

Трансформатор представляет собой статическое устройство, служащее для преобразования уровней напряжения и тока, а в некоторых случаях просто для гальванической развязки электрических цепей.

Трансформатор обычно состоит из двух обмоток и магнитопровода. Последний служит для увеличения магнитного потока, что соответствует усилению магнитной связи между обмотками. Та обмотка, которая подсоединяется к источнику, называется первичной, та которая к потребителю – вторичной. Чаще всего обмотки располагаются на одной стороне магнитопровода. На рис. 4.34 изображена схема трансформатора, на которой для наглядности обмотки расположены на разных сторонах (стержнях).

Так же как в катушке со стальным сердечником ток первичной обмотки создает магнитное поле в сердечнике (основной магнитный поток Ф₀) и поток рассеяния Ф_S. Основной магнитный поток пронизывает вторичную обмотку и наводит в ней э.д.с. Если вторичную обмотку замкнуть на сопротивление нагрузки, то по ней потечет ток. Этот ток в свою очередь создает свой магнитный поток, который суммируется с основным магнитным потоком, а также свой поток рассеяния. Независимо от действия вторичной обмотки суммарный основной магнитный поток остается неизменным, так как он напрямую зависит от напряжения источника.

Активные сопротивления обмоток и их индуктивные сопротивления можно вынести за пределы магнитопровода ввиду их линейного характера. Тогда получается схема для составления основных уравнений трансформатора со стальным сердечником (рис. 4.35).

, (4.42)

. (4.43)

У правильно сконструированного трансформатора первые два слагаемых достаточно малы, и ими можно пренебречь:

, (4.44)

. (4.45)

Поделив первое уравнение на второе, получим для действующих значений

, (4.46)

где К – коэффициент трансформации.

Из последнего уравнения следует, что напряжения на обмотках пропорциональны числам витков.

Основной магнитный поток создается под суммарным воздействием обеих обмоток и остается неизменным. Поэтому

, (4.47)

где I₀ – намагничивающий ток, если I₂ = 0, то I₀ – ток холостого хода.

Поделим последнее уравнение на w₁:

. (4.48)

Откуда появляется понятие приведенного тока

. (4.48)

У правильно сконструированного трансформатора намагничивающий ток достаточно мал, и в режиме нагрузки им можно пренебречь. Тогда для действующих значений

, (4.49)

. (4.50)

Токи в трансформаторе обратно пропорциональны числам витков.

Для удобства расчетов используется так называемый приведенный трансформатор, у которого вторичное напряжение приводится к уровню первичной обмотки с учетом коэффициента трансформации. При этом

, , .

Расчетная схема замещения приведенного трансформатора представлена на рис. 4.36.

Векторная диаграмма (рис. 4.37) строится в соответствии с выбранными направлениями токов на схеме замещения. Вектора первичной стороны строятся так же как для катушки со стальным сердечником. Вектор тока I₂ отстает от вектора напряжения нагрузки на угол φ₂. Величина вектора Е складывается из векторов падений напряжений на параметрах вторичной обмотки нагрузки. Ток первичной обмотки складывается из тока холостого тока (намагничивающего тока) и тока вторичной обмотки, взятой с обратным знаком.

Дата добавления: 2015-07-24