Принцип действия трансформатора

4.

напряжения Измерительный трансформатор тока Комплектные трансформаторные подстанции Однофазный трансформатор Сварочный трансформатор Силовой трансформатор Силовой масляный трансформатор Сухой трансформатор Трансформатор тока Трехфазный силовой трансформатор   Цены Кабель, провод Нержавейка Распродажа Трубопроводная арматура Цветной металл Чёрный металлопрокат Электрика

Однофазный трансформатор Понятие однофазного трансформатора Однофазный трансформатор Однофазным трансформатором называют статический индуктивный преобразователь, имеющий две или больше индуктивно связанных взаимно неподвижных обмоток и предназначенный для преобразования посредством электромагнитной индукции параметров электрической энергии переменного тока (напряжения, тока, частоты). Устройство однофазного трансформатора Однофазный трансформатор стержневого вида Однофазный трансформатор броневого вида Концентрические а) и дисковые чередующиеся б) обмотки Однофазный трансформатор состоит из рамообразной магнитной системы, включающей два стержня, верхнее и нижнее ярма, обмоток высшего и низшего напряжения. Однофазный трансформатор выполняется в одном из двух видов. Первым примером выполнения однофазного трансформатора является однофазный трансформатор, так называемого стержневого типа. У него первичные и вторичные катушки расположены на железных стержнях, соединенных с торцов железными же накладками, называемыми ярмами. Таким образом, два стержня и два ярма образуют замкнутое железное кольцо, в котором и проходит магнитный поток, сцепляющийся с первичной и вторичной обмотками. Это железное кольцо называется сердечником трансформатора. Вторым примером выполнения однофазного трансформатора может служить однофазный трансформатор броневого типа. У этого трансформатора первичные и вторичные обмотки, состоящие каждая из ряда плоских катушек, расположены на сердечнике, образуемом двумя стержнями двух железных колец. Кольца окружая обмотки покрывают их почти целиком как бы бронею, поэтом у описываемый однофазный трансформатор называется броневым. Конструкция однофазного трансформатора состоит из активных и конструктивных частей. К активным частям однофазного трансформатора относятся магнитопровод и обмотки. В зависимости от сочленения стержней с ярмами различают магнитопроводы стыковые и шихтованные. Наиболее распространены шихтованные магнитопроводы, стержни и ярма которых собираются в переплет (шихтуются) и образуют цельную конструкцию. Обмотки однофазного трансформатора могут располагаться концентрически либо разбиваются на отдельные диски и размещаются на стержне в чередующемся порядке. В последнем случае обмотка называется дисковой чередующейся. Из большого числа разновидностей концентрических обмоток наиболее простой является цилиндрическая обмотка. Конструктивные части однофазного трансформатора предназначены для создания электрической изоляции между обмотками, фиксации активных частей в пространстве, охлаждения активных частей, сопряжения его обмоток с электрическими сетями и других вспомогательных функций. Изоляция обмоток однофазного трансформатора подразделяется на продольную и главную. Продольная – это изоляция между отдельными элементами данной обмотки (витками, катушками, слоями). Главная - это изоляция обмоток однофазного трансформатора относительно заземленных частей.

Электромагнитная схема однофазного двухобмоточного трансформатора состоит из двух обмоток (рис. 1.2), размещенных на замкнутом магнитопроводе, который выполнен из ферромагнитного материала. Применение ферромагнитного магнитопровода позволяет усилить электромагнитную связь между обмотками, т.е. уменьшить магнитное сопротивление контура, по которому проходит магнитный поток трансформатора. Первичную обмотку 1 подключают к источнику переменного тока – электрической сети с напряжением сети u₁. К вторичной обмотке 2 присоединяют сопротивление нагрузки Zн.

Обмотку более высокого напряжения называют обмоткой высшего напряжения (ВН), а низкого напряжения – обмоткой низшего напряжения (НН). Начала и концы обмотки ВН обозначают буквами А и Х; обмотки НН – буквами а и х.

При подключении к сети в первичной обмотке возникает переменный ток i₁, который создаёт переменный магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф индуцирует в обеих обмотках переменные ЭДС – е₁ и е₂ пропорциональные, согласно закону Максвелла, числам витков w₁ и w₂ соответствующей обмотки и скорости изменения потока dФ/dt.

Рис. 1.2

Таким образом, мгновенные значения ЭДС, индуцированные в каждой обмотке.

; .

Следовательно, отношение мгновенных и действующих ЭДС в обмотках определяется выражением

(1.1)

E₁ / E₂ = e₁ / e₂ = w₁ / w₂.

Если пренебречь падениями напряжения в обмотках трансформатора, которые обычно не превышают 3-5 % от номинальных значений U₁ и U₂, и считать E₁≈U₁ и E₂≈U₂, то получим

(1.2)

U₁ / U₂ ≈ w₁ / w₂.

Следовательно, подбирая соответствующим образом числа витков обмоток, при заданном напряжении U₁ можно получить желаемое напряжение U₂. Если необходимо повысить вторичное напряжение, то число витков w₂ берут больше числа w₁; такой трансформатор называют повышающим. Если требуется уменьшить напряжение U₂, то число витков w₂ берут меньшим w₁; такой трансформатор называют понижающим.

Отношение ЭДС E_вн обмотки высшего напряжения к ЭДС Е_нн обмотки низшего напряжения (или отношение их чисел витков) называют коэффициентом трансформации

(1.3)

.

Коэффициент n всегда больше единицы.

В системах передачи и распределения энергии в ряде случаев применяют трёхобмоточные трансформаторы, а в устройствах радиоэлектроники и автоматики – многообмоточные трансформаторы. В таких трансформаторах на магнитопроводе размещают три или большее число изолированных друг от друга обмоток, что даёт возможность при питании одной из обмоток получать два или большее число различных напряжений (U₂, U₃, U₄ и т.д.) для электроснабжения двух или большего числа групп потребителей. В трехобмоточных силовых трансформаторах различают обмотки высшего, низшего и среднего (СН) напряжения.

В трансформаторе преобразуются только напряжения и токи. Мощность же остаётся приблизительно постоянной (она несколько уменьшается из-за внутренних потерь энергии в трансформаторе). Следовательно, полная мощность потребляемая из сети

S₁ = U₁ I₁,

практически полностью выделяется на нагрузке

S₁ = U₁ I₁ ≈ S₂ = U₂ I₂.

Отсюда следуют соотношения между токами и напряжениями на первичной и вторичной обмотках трансформатора.

(1.4)

U₁ / U₂ = I₂ / I₁ = w₁ / w₂ = n.

При уменьшении вторичного напряжения в n раз по сравнению с первичным, ток i₂ во вторичной обмотке соответственно увеличится в n раз.

Трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Если первичную обмотку трансформатора подключить к источнику постоянного тока, то в его магнитопроводе образуется магнитный поток, постоянный во времени по величине и направлению. Поэтому в первичной и вторичной обмотках в установившемся режиме не индуцируются ЭДС, а, следовательно, не передаётся электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Такой режим опасен для трансформатора, так как из-за отсутствия ЭДС E₁ в первичной обмотке ток I₁ = U₁ / R₁ весьма большой.

Важным свойством трансформатора, используемым в устройствах автоматики и радиоэлектроники, является способность его преобразовывать сопротивление нагрузки. Если к источнику переменного тока подключить нагрузку с сопротивлением R через трансформатор с коэффициентом трансформации n, то для цепи источника

(1.5)

,

где: Р₁ – мощность, потребляемая трансформатором от источника переменного тока, Вт;
– мощность, потребляемая нагрузкой с сопротивлением R от трансформатора.

Таким образом, трансформатор изменяет значение сопротивления нагрузки R в n² раз. Это свойство широко используется при разработке электрических схем для согласования сопротивлений нагрузки с внутренним сопротивлением источников электрической энергии.

Дата добавления: 2015-05-07