Устройство трансформаторов

к содержанию

Электромагнитная схема. Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования посредством магнитного поля электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения при неизменной частоте. Условное графическое обозначение и электромагнитная схема трансформатора изображены на рисунке

На замкнутом магнитопроводе расположены две обмотки. К одной обмотке с числом витков , которая носит название первичной, подводится электрическая энергия от источника питания Ист; от другой- вторичной обмотки с числом витков - энергия отводится к приёмнику Пр. Все величины относящиеся к этим обмоткам (токи, эдс, и.т.д.), называются первичными или вторичными и имеют соответствующие индексы 1 и 2.

Под действием подведённого переменного напряжения в первичной обмотке возникает ток и возбуждается изменяющийся магнитный поток. Этот поток индуцирует эдс и в обмотках трансформатора. Эдс уравновешивает основную часть напряжения источника , эдс создаёт напряжение на выходных зажимах трансформатора. При замыкании вторичной цепи возникает ток , который образует собственный магнитный поток, накладывающийся на поток первичной обмотки. В результате создаётся общий поток Ф., сцеплённый с витками обеих обмоток трансформатора и определяющий в них результирующее эдс и . На схеме

Показаны условно положительные направления всех физических величин, характеризующих электромагнитные процессы в трансформаторе. Стрелки напряжения и тока представляют первичную обмотку как приёмник энергии. Положительное направление потока Ф связано стоком правилом положительного винта. То же правило определяет положительные направления потока Ф, эдс и . Стрелки и вторичной обмотки соответствуют направлениям эдс и тока источника электрической энергии. Стрелка напряжения на зажимах вторичной обмотки, равного натяжению на приёмнике, должна совпадать по направлению со стрелкой тока .

Помимо основного (рабочего) потока в магнитопроводе токи обмоток создают в окружающем пространстве магнитное поле рассеяния. Рассматривая принцип действия трансформатора, можно пренебречь этим полем. Одновременно можно пренебречь активными сопротивлениями обмоток. Трансформатор, для которого приняты эти условия, называют идеализированным.

Трансформация напряжения. Уравнения электрического состояния обмоток идеализированного трансформатора имеют вид:

, (1)

где ; . (2)

Подставляя (1) в (2), получим

Отношение напряжений и эдс:

(3)

называют коэффициентом трансформации.

Уравнение (3) показывает, что форма кривых напряжений и одинакова. В трансформаторе происходит «масштабное» преобразование переменного напряжения в n раз. При синусоидальном первичном напряжении вторичное напряжение также синусоидально; отношение комплексных выражений.

(3а)

Действующие значения напряжений связаны соотношением

(3б)

Поток в магнитопроводе определяется напряжением , приложенным к первичной обмотке:

(4)

При синусоидальном напряжении

(4а)

Трансформация токов. Для составления уравнения, связывающего токи и первичной и вторичной обмоток трансформатора, воспользуемся законом полного тока. Для электромагнитной схемы на (рис)

Можно записать следующее уравнение магнитного состояния:

,

где - длина средней линии магнитопровода.

В современных трансформаторах применяют электротехническую холоднокатаную сталь, в которой магнитная индукция 1,7 Тл достигается уже при напряжённости поля А.м. Поэтому амплитуда магнитного напряжения на несколько порядков меньше амплитуд мдс и обмоток трансформатора при его нагрузке. Это позволяет сделать ещё один щаг к идеализации трансформатора, когда рассматривается его принцип действия. Примем что

(5)

Отсюда

(6)

Уравнение показывает, что кривые изменения токов и подобны. Действительное (а не условно – положительное) направление тока противоположно направлению тока относительно одноимённых выводов обмоток и . Поэтому мдс первичной и вторичной обмоток действуют встречно и уравновешивают друг друга.

При синусоидальных токах

, (6а)

(6б)

Перемножая левые и правые части уравнений (3) и (6), получаем

или

8. Свойство саморегулирования тока при изменении нагрузки (тока ).

к содержанию

Изменение нагрузки трансформатора, т.е. тока , приводит к соответствующему изменению тока , так что выполняется закон сохранения энергии и обеспечивается баланс мгновенных мощностей:

или .

Дата добавления: 2014-01-07