Устройство и принцип действия трансформатора

теги:



Если принять, что:

формула

то величины ЭДС мо­гут быть определены из уравнения:

Уравнение равновесия ЭДС по второму закону Кирхгофа для цепи якоря генератора записывается в виде

следующим образом:

Напряжения и ЭДС в трансформаторе при холостом ходе

Таким образом, ЭДС e10 и e20 по отношению к магнитному потоку Φ0  сдвинуты на угол  -π/2 , т.е. во времени эти ЭДС отстают от Φ0 на электрический угол 90°.

Действующие значения этих ЭДС равны:

Действующие значения этих ЭДС равны

и

Действующие значения этих ЭДС равны

Отношение ЭДС обмотки ВН к ЭДС обмотки НН в режиме холостого хода называется коэффициентом трансформации и обозначается буквой k.

Для понижающего трансформатора:

Отношение ЭДС обмотки ВН к ЭДС обмотки НН в режиме хо-лостого хода называется коэффициентом трансформации и обознача-ется буквой k.

По своему действию ЭДС Е10 и Е20 различны. ЭДС Е10 является противоэдс, по отношению к приложенному напряжению U1 она сдвинута на угол, примерно равный 180°эл. При холостом ходе трансформатора первичное напряжение U1 почти полностью уравновешивается противоэлектродвижущей силой, т.е.:

почти полностью уравновешивается противоэлектродвижущей силой

ЭДС Е20 является активной электродвижущей силой и при подключении вторичной обмотки к нагрузке она поддерживает ток в цепи. При холостом ходе . Поэтому для коэффициента трансформации k  можно записать:

Поэтому для коэффициента трансформации k  можно записать



теги:


В основу работы трансформатора положен принцип электромагнитного взаимодействия двух или, в общем случае, любого числа контуров (обмоток), неподвижных друг относительно друга. Количественно это взаимодействие определяется уравнением

принцип электромагнитного взаимодействия двух или, в общем случае, любого числа контуров (обмоток)

где e — мгновенное значение индуктируемой в контуре ЭДС; ψ- потокосцепление; w — число витков контура; Φ — магнитный поток взаимной индукции.

Принципиальная схема простейшего трансформатора

Рис. 1 — Принципиальная схема простейшего трансформатора

Принципиальная схема простейшего однофазного двухобмоточного трансформатора приведена на рис.1. Работает он следующим образом. При подключении первичной обмотки с числом витков w1 к сети переменного тока с синусоидальным напряжением u1 в обмотке возникает ток i0, называемый током холостого хода и создающий магнитодвижущую силу (МДС) F0 = i0w1, под действием которой по сердечнику замыкается синусоидально изменяющийся во времени магнитный поток Φ0. Этот поток называют основным магнитным потоком, или магнитным потоком взаимоиндукции.

Этот процесс может быть представлен логической цепочкой взаимодействий

Поток Φ0 пронизывает обе обмотки и индуктирует в них ЭДC e10 и e20 соответственно. Этот процесс может быть представлен логической цепочкой взаимодействий. Применение сердечника из электротехнической стали умень­шает магнитное сопротивление Rμ магнитному потоку Φ0 и служит для усиления электромагнитной связи между обмотками. В соответствии с законом Ома для магнитной цепи

В соответствии с законом Ома для магнитной цепи

где μ0 и μr — магнитная постоянная и относительная магнитная проницаемость стали; ℓ и s — длина и поперечное сечение магнитопровода.

Таким образом, для создания определенного магнитного потока Φ0  требуется тем меньшая МДС и тем меньший ток i0, чем меньше сопротивление  Rμ, т.е. чем больше магнитная проницаемость сердечника μr. Величина тока холостого хода в трансформаторе обычно составляет 3…5% от номинального тока нагрузки.


теги:


Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования  электрической энер­гии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения при неизменной частоте.

Трансформатор, как правило, состоит из стального замкнутого магнитопровода (сердечника) и двух или нескольких изолированных друг от друга обмоток, размещенных на сердечнике и электрически между собой не связанных (исключение составляют автотрансформа­торы), клеммного щитка  и корпуса (бака). Силовые трансформаторы мощностью свыше 20 кВ·А могут иметь масляное охлаждение, при котором сердечник с обмотками располагается в масляном баке.

Устройство трансформатора

Рис. 1 — Устройство трансформатора

По типу магнитопровода различают стержневые (рис. 1, а) и броневые (рис. 1, б) трансформаторы. Часть сердечника, которая соединяет между собой стержни и служит для замыкания магнитной цепи, называют ярмом. Пространство, ограниченное замкнутым сердечником и служащее для размещения обмотки, называют окном. Сердечник набирается (шихтуется) из изолированных листов специальной трансформаторной (электротехнической) стали толщиной 0,35 или 0,5 мм с малыми удельными потерями на гистерезис. Шихтовка сердечника позволяет в значительной степени уменьшить потери от вихревых токов.

По числу фаз трансформаторы делятся на однофазные, трехфазные и многофазные. В свою очередь однофазные трансформаторы могут быть двух- или многообмоточными.

Обмотки судового трансформатора изготовляются из медного провода круглого или прямоугольного поперечного сечения. По способу расположения на стержнях различают концентрические (рис. 1, а) и чередующиеся обмотки (рис. 1, б).

Обмотки, к которым энергия подводится от сети, называются первичными, другие, к которым подключаются потребители, называются вторичными. Аналогично все величины (число витков, напряжение, ток, мощность и др.), относящиеся к соответствующим обмоткам, называют первичными или вторичными и обозначают символами с цифрами (соответственно W1, U1,  I1, P1 или W2, U2,  I2, P2 и др.)

Если вторичное напряжение меньше первичного, то трансформатор называется понижающим, если больше — повышающим. При концентрической форме обмоток ближе к стержню располагают обмотки низкого напряжения (НН), затем — обмотки высокого напряжения (ВН) (рис. 1, а). По назначению трансформаторы разделяют на силовые и на специальные — сварочные, измерительные и т.п.

Все судовые трансформаторы имеют воздушное охлаждение и по исполнению делятся на водозащищенные (мощностью от 0,25 до 4,0 кВ·А при частоте 50 Гц и мощностью от 0,25 до 10 кВ·А при частоте 400 Гц), брызгозащищенные (от 6,3 до 100 кВ·А при 50 Гц и от 16 до 100 кВ·А при 400 Гц) и открытые (без защитного бака). К последним относятся однофазные трансформаторы мощностью 0,26, 0,63 и 1,0 кВ·А.

Защитный бак выполняют сварным из листовой стали. У трансформаторов водозащищенного исполнения он имеет цилиндрическую форму, у брызгозащищенного — прямоугольную. В баке предусмотрены сальники ввода кабелей и лапы для крепления трансформатора. На корпусе бака прикреплен заводской щиток, на котором приведены следующие данные:

— завод-изготовитель, год выпуска и заводской номер трансформатора;
— тип трансформатора;
— номинальная мощность, в киловольт-амперах, число фаз, номинальное напряжение обмоток при холостом ходе, частота тока;
— схема и группа соединения обмоток трансформатора, которые необходимы для правильного включения трансформаторов на параллельную работу;
— напряжение короткого замыкания Uк% (в процентах от номинального напряжения), КПД при номинальной нагрузке, полная масса, исполнение корпуса, номинальные токи обмоток;
— расположение контактных зажимов, их обозначение и прин­ципиальная схема соединения обмоток.



теги:


radionet