Предыдущая страница !![]() |
Содержание | ![]() |
Трансформатор представляет собой электромагнитный
аппарат, предназначенный для преобразования величин токов и напряжений без изменения
частоты.
Трансформатор состоит из замкнутого ферромагнитного сердечника,
на котором размещены две или большее число обмоток. Обмотка, подключенная к источнику
энергии, называется первичной. Обмотки, подключенные к сопротивлениям нагрузки, называются
вторичными.
Сердечник (магнитопровод) трансформатора изготавливают из
листовой электротехнической стали, имеющей малые потери на перемагничивание и на вихревые
токи. Отдельные листы стали изолируют слоем лака, после чего стягивают болтами. Такое
устройство применяется для уменьшения вихревых токов, индуктируемых в стали переменным
потоком.
По конструкции сердечника различают два типа трансформатора:
броневые и стержневые. На рис. 10.1 изображен
броневой трансформатор, или трансформатор
с
Ш-образным сердечником, а на рис. 10.2 -
стержневой трансформатор с
П-образным сердечником.
Рис. 10.1
Рис. 10.2
Под холостым ходом трансформатора понимается
режим его работы при разомкнутой вторичной обмотке.
Первичная обмотка трансформатора подключена к источнику
переменного напряжения. Ток i1х первичной обмотки создает переменное магнитное
поле, намагничивающее сердечник трансформатора.
Магнитный поток в трансформаторе разделим на две части:
основной магнитный поток Ф, замыкающийся в сердечнике, и поток рассеяния Ф1S,
замыкающийся частично по воздуху.
На рис. 10.3 изображен трансформатор, работающий в режиме
холостого хода.
Рис. 10.3
Определим ЭДС, индуктированную в первичной обмотке трансформатора основным магнитным потоком.
.
Основной магнитный поток изменяется по синусоидальному закону
,
Мгновенное значение ЭДС
.
.
.
.
,
,
. (10.1)
Векторы трансформаторных ЭДС
и
отстают на 90° от вектора основного магнитного
потока
.
Вектор напряжения
параллелен вектору тока
, а вектор
опережает
вектор тока
на 90°. Вектор напряжения на
зажимах первичной обмотки трансформатора
равен
геометрической сумме векторов -
,
,
Рис. 10.4
.
На рис. 10.5 изображена схема замещения трансформатора, соответствующая уравнению (10.2).
XЭ - индуктивное сопротивление, пропорциональное реактивной
мощности, затрачиваемой на создание основного магнитного потока.
В режиме холостого хода
.
Коэффициент трансформации
.
Рис. 10.5
Коэффициент трансформации экспериментально
определяется из опыта холостого хода.
Если к первичной обмотке трансформатора
подключить напряжение U1, а вторичную обмотку соединить с нагрузкой, в
обмотках появятся токи I1 и I2. Эти токи создадут магнитные
потоки Ф1 и Ф2, направленные навстречу друг другу. Суммарный
магнитный поток в магнитопроводе уменьшается. Вследствие этого индуктированные суммарным
потоком ЭДС E1 и E2 уменьшаются. Действующее значение
напряжения U1 остается неизменным. Уменьшение E1, согласно
(10.2), вызывает увеличение тока токи I1. При увеличении тока I1
поток Ф1 увеличивается ровно настолько, чтобы скомпенсировать
размагничивающее действие потока Ф2. Вновь восстанавливается равновесие
при практически прежнем значении суммарного потока.
В нагруженном трансформаторе, кроме основного магнитного
потока, имеются потоки рассеяния Ф1S и Ф2S, замыкающиеся частично
по воздуху. Эти потоки индуктируют в первичной и вторичной обмотках ЭДС рассеяния.
,
,
. (10.3)
, (10.4)
.
Трансформаторная ЭДС E1,
пропорциональная основному магнитному потоку, приблизительно равна напряжению на
первичной катушке U1. Действующее значение напряжения постоянно. Поэтому
основной магнитный поток трансформатора остается неизменным при изменении сопротивления
нагрузки от нуля до бесконечности.
Если , то и сумма
магнитодвижущих сил трансформатора
. (10.5)
. (10.6)
. (10.7)
приведенное индуктивное сопротивление
вторичной обмотки;
приведенное напряжение на нагрузке;
приведенное сопротивление нагрузки.
Величиной намагничивающего тока можно пренебречь, так
как она мала по сравнению с током первичной обмотки трансформатора в нагрузочном режиме
,
тогда
.
Подставим уравнение (10.7) в уравнение (10.3).
Получим
. (10.8)
Рис. 10.6
индуктивное сопротивление
короткого замыкания.
Параметры упрощенной схемы замещения определяются из опыта короткого замыкания. Для этого собирается схема рис. 10.7.
Рис. 10.7
.
На рис. 10.8 изображена векторная диаграмма трансформатора,
соответствующая упрощенной схеме замещения. Нагрузкой трансформатора является активное
сопротивление RH.
Вектор тока совмещен
с вещественной осью комплексной плоскости.
Рис. 10.8
Вектор напряжения на сопротивлении нагрузки совпадает
с вектором тока по направлению. Вектор напряжения на индуктивном сопротивлении
перпендикулярен, а вектор напряжения
параллелен вектору тока. Вектор напряжения на входе
трансформатора равен сумме трех векторов напряжения.
Упрощенная схема используется для расчета цепей,
содержащих трансформаторы.
Наиболее часто в электротехнических
установках используются следующие специальные типы трансформаторов: автотрансформаторы,
многообмоточные и трехфазные трансформаторы.
Автотрансформатором называется такой трансформатор,
у которого имеется только одна обмотка, часть которой принадлежит одновременно вторичной
и первичной цепям. Схема однофазного трансформатора изображена на рис. 10.9.
Режим холостого хода автотрансформатора, когда
I2 = 0, ничем не отличается от режима холостого хода обычного трансформатора.
Подводимое к трансформатору напряжение
U1 = UAB равномерно распределяется между витками первичной обмотки.
Рис. 10.9
Вторичное напряжение
Предыдущая страница !![]() |
Содержание | ![]() |