Трансформаторы

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее 2 или более индуктивно связанных обмоток. Предназначен для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в другие системы.

По назначению трансформаторы разделяют на:

1. Силовые

2. Согласующие

3. Импульсивные

Силовые трансформаторы предназначены для передачи распределённой электрической энергии между потребителем, а также для других технологических целей.

Согласующие трансформаторы предназначены для согласования каскадов и сопротивлений электронных устройств.

Импульсивные трансформаторы предназначены для передачи тока или напряжения; применяются в импульсивных устройствах.

По выполнению трансформаторы разделяют на одно-, двух- и многообмоточные.

Однообмоточные трансформаторы называются автотрансформаторами.

Двухобмоточные имеют одну первичную (входную) и одну вторичную (выходную) обмотки.

Многообмоточные имеют одну первичную и несколько вторичных обмоток, электрически изолированных друг от друга.

По числу фаз трансформаторы разделяют на:

1. Однофазные

2. Многофазные

Трансформаторы, предназначенные для повышения напряжения называются повышающими, для понижения – понижающими.

Магнитопровод служит для усиления магнитной связи между обмотками трансформатора, т.е. для уменьшения магнитного сопротивления контура, через который проходит магнитный поток; для уменьшения потерь в сердечнике.

			U2

Сердечник выполнен из пакета тонких, изолированных друг от друга пластин. Обмотка W₁ называется первичной, W₂ – вторичной.

Принцип работы:

Если первичную обмотку трансформатора подключить к источнику переменного тока с напряжением U₁, то в ней возникнет ток i₁, который возбуждает в ферромагнитном магнитопроводе переменный магнитный поток Ф₁. Магнитный поток, замыкающийся по магнитопроводу, пересекает первичную и вторичную обмотки и индуцирует в них э.д.с. е₁ и е₂. При подключении зажима вторичной обмотки нагрузки Z_н под воздействием э.д.с. W₂ через неё будет протекать переменный ток i₂, т.е. энергия из цепи первичной обмотки будет передавваться в цепь вторичной обмотки за счёт переменного магнитного потока Ф₁. Вторичный ток образует в сердечнике свой собственный магнитный поток Ф₂, который накладывается на поток первичной обмотки. В результате в магнитопроводе создаётся общий магнитный поток Ф, который сцепляется с витками обеих обмоток. Этот поток называют основным или рабочим. Наряду с основным существуют ещё потоки рассеяния Ф_е1 и Ф_е2.

E₁=4,44fW₁ Ф₁

E₂=4,44fW₂ Ф₂

Коэффициент пропорциональности (коэффициент трансформации):

К_тр= E₁/ E₂= W₁/ W₂= U₁/ U₂

Существуют три режима работы трансформатора:

1. Холостой ход.

2. Режим номинальной нагрузки.

Коэффициент загрузки – это отношение нагрузки к номинальной нагрузке.

3. Искусственный режим короткого замыкания.

На холостом ходе потеря энергии происходит из-за потоков рассеяния, перемагничивания сердечников и на создание вихревых токов (паразитных).

Способы устранения:

1. Конструктивные и технологические приёмы.

2. Применение специальных материалов для сердечника.

3. Применение специальных пластинчатых сердечников.

Коэффициент трансформации – отношение высшего напряжения к низшему. Если входное напряжение подаётся на обмотку с большим числом витков, а нагрузка подключается к обмотке с меньшим числом витков, то такой трансформатор называется понижающим.

Режим работы под нагрузкой – основной режим работы трансформатора.

В процессе работы трансформатора, в первичной обмотке электрическая энергия, потребляемая из сети, преобразовывается в энергию магнитного поля, а во вторичной обмотке идёт обратный процесс, после которого энергия отдаётся обратно в нагрузку.

U₁I₁≈U₂I₂

Потери в трансформаторе:

1. Потери в стали.

2. Потери в меди.

Потери в стали: на затраты энергии, на вихревые токи, на перемагничивание или на гистерезис.

Вихревые токи (токи Фуко) – токи, возникающие в толще электропроводящего материала и образующие в нём бесконечное множество короткозамкнутых контуров, приводящих к его нагреву.

Гистерезис – это отставание намагниченности материала от изменения напряжённости внешнего магнитного поля.

Перемагничивание материала сопровождается выделением тепла.

К_тр= E₁/ E₂= W₁/ W₂= I₂/I₁=e₁/e₂

Токи в обмотках трансформатора обратно пропорциональны их напряжениям. Потери в стали составляют 1% и определяются из опыта холостого хода.

В опыте под нагрузкой можно снять или определить внешнюю характеристику.

Внешняя характеристика – это зависимость напряжения U₂ от тока нагрузки I₂ при U₁=const.

Дата добавления: 2014-01-06