Трансформаторы

Это электромагнитные аппараты, предназначенные для преобразования посредством магнитного поля электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения при условии сохранения частоты.

В простейшем трансформаторе на замкнутом ферромагнитном сердечнике расположены две изолированные друг от друга обмотки: к первичной обмотке w₁ подводится электроэнергия напряжением u₁ от источника питания, от вторичной обмотки w₂ отводится электроэнергия напряжением u₂ к приёмнику (нагрузке).

Отношения напряжений u₁/u₂ и токов i₂/i₁ определяются отношением чисел витков обмоток w₁/w₂: u₁/u₂ ≈ w₁/w₂, i₂/i₁ ≈ w₁/w₂. Закон изменения u и i практически одинаков для обмоток w₁ и w₂. Отношение w₁/w₂=К_1-2 называют коэффициентом трансформации. При w₁ > w₂: u₁ > u₂ – трансформатор понижает напряжение и называется понижающим, а при w₁ < w₂: u₁ < u₂ – трансформатор повышает напряжение и называется повышающим.

Магнитопровод трансформатора выполняется из электротехнической стали для увеличения магнитной связи между обмотками трансформатора. Набирается из отдельных листов толщиной 0,5мм или 0,35мм, изолированных друг от друга лаковым покрытием или окалиной, для уменьшения потерь на вихревые токи.

При протекании переменного тока i₁ по первичной обмотке w₁ трансформатора в магнитопроводе создаётся переменный магнитный поток Ф₁, который наводит в обмотках ЭДС: в первичной обмотке w₁ наводится ЭДС e₁= - w₁ dФ₁/dt, которая в идеализированном трансформаторе уравновешивает приложенное напряжение u₁, т.е. e₁= - u₁; во вторичной обмотке w₂ наводится ЭДС

e₂= - w₂ dФ₁/dt, которая создаёт на зажимах вторичной обмотки напряжение u₂, т.е.

u₂= e₂. В реальных трансформаторах обмотки обладают сопротивлением и значения ЭДС и напряжений в обмотках отличаются на величину падений напряжения на сопротивлениях обмоток.

По назначению трансформаторы подразделяют:

- силовые – используют в сетях распределения электрической энергии;

- печные – используют электротермических устройствах;

- сварочные – используют в сварочном производстве;

- измерительные – используют в системах измерения, контроля и управления, и пр.

По устройству различают трансформаторы однофазные двухобмоточные (рис 1) и многообмоточные, однофазные автотрансформаторы (рис.2), трехфазные (рис.3 и 4).

На рисунках приведены схемы вышеназванных трансформаторов.

Рис.1 Рис.2 Рис.3 Рис.4

Обмотки трехфазных трансформаторов соединяются в звезду или в треугольник в зависимости от номинального фазного напряжения обмоток и напряжения внешней сети (источника для первичных и приёмника для вторичных обмоток). На рис.3 приведена схема соединения обмоток звезда/звезда с нейтралью (первичные обмотки соединены звездой – трехпроводная система, вторичные – звездой с выводом нейтральной точки – четырехпроводная система). На рис.4 приведена схема соединения обмоток звезда/звезда (первичные и вторичные обмотки соединены звездой и подключаются к трехпроводным системам).

Для оценки характеристик и основных параметров схем замещения трансформатора выполняют опыты холостого хода и короткого замыкания.

На рис.5 приведена схема проведения опыта холостого хода однофазного транс-форматора. По результатам опыта холос-того хода определяют параметры схемы замещения, связанные с характеристика-ми потерь в магнитопроводе (на перемагничивание и вихревые токи.

Рис.5

Опыт короткого замыкания проводится при замкнутых накоротко выводах вторич-ной обмотки трансформатора (на рис.5 вместо вольтметра pV₂ устанавливается пере-мычка, замыкающая накоротко вторичную обмотку). По результатам этого опыта определяют параметры схемы замещения, связанные с электрическими потерями в обмотках при изменении нагрузки.

Свойства трансформатора при различной нагрузке оцениваются его внешней характеристикой – зависимостью U₂(I₂). При активно-индуктивной нагрузке при увеличении I₂ напряжение U₂ падает по причине увеличения электрических потерь в обмотках. При ёмкостной нагрузке могут сказываться резонансные явления (x_L об-моток и x_C нагрузки) напряжение U₂ может возрастать при увеличении I₂.

Дата добавления: 2015-08-02