1.ТРАНСФОРМАТОРЫ

 

Трансформатором – называют статический электромагнитный аппарат, в котором переменный ток заданной частоты с одними параметрами (число фаз, напряжение, сила тока, сдвиги фаз) преобразуется в переменный ток с той же частотой, с использованием явления электромагнитной индукции, имеющий другие параметры.

Трансформаторы относятся к ИВЭП.

 

1.1.Электромагнитная схема трансформатора

 

U1U1(t)

 

1

 

Рис. 1.1 - Трансформатор

 

W – количество витков в обмотке

W1 – первичная обмотка, W2 – вторичная обмотка

Если U2<U1 – трансформатор называется понижающим

Если U2>U1 - трансформатор называется повышающим

Трансформаторы можно классифицировать:

 

а) по мощности:

 

S1<500 [В*А] – маломощные

500<S1<1000 [В*А] – средней мощности

S1=I1*U1>1000 [В*А] – мощные

 

 

 

б) по напряжению:

 

U>1000 В- высоковольтные

 

в) по частоте:

 

- работающие на промышленной частоте: 50 Гц

- на повышенной частоте: 400, 800, 1000 Гц

 

г) по конструкции магнитного сердечника:

 

- стержневые

- броневые (Рис. 1.2 а) )

- тороидальные (Рис. 1.2 б) )

 

2 

а)                                          б)

Рис. 1.2 – Конструкции магнитного сердечника

 

1.2.Формула трансформатора. ЭДС. Уравнение равновесия для первичной обмотки

 

3

Рис. 1.3 - Трансформатор

 

U1(t)= U1msin(ω1t)                                                                                 (1.1)

ω1=2πf                                                                                         (1.2)

 

Считаем, вторичная обмотка разомкнута (нет нагрузки). На первичную действует U1(t). В цепи возникает  ток:

U1(t)=U1 => i10 => F10= i10* W1 => H10=F10/lср => В10 =μ* H10 (электромагнитная индукция). => Qc* В10 = Ф10 => ψ= W1* Ф10 => Ф10S => ψ=W1* Ф10, где Ф10 – магнитный поток; Ф10S – поток рассеивания.

Изменяющийся во времени магнитный поток приводит к возникновению ЭДС

=>  = -W1* = e10(t)                                                        (1.3)

=>-W1*= e10(t):                                                                     (1.4)

должны уравновешиваться.

Пока не будет уравновешено, этот процесс будет продолжаться. Приведенная зависимость электрических и магнитных процессов соответствует линейному режиму работы магнитопровода. В реальных трансформаторах такой режим является лишь приближением к реальности. В реальных трансформаторах необходимо считаться с неравенством «0» падения напряжения на сопротивлении проводов. В первичной обмотке трансформатора при i10 падение напряжения = r1*i10. В установившемся режиме для цепи первичной обмотки трансформатора справедливо уравнение равновесия:

U1(t) + e10(t) + e10S(t)= i10(t)*r1                                                                      (1.5)

U1(t)= -e10(t) - e10S(t) + i10(t)*r1                                                                      (1.6)

 

Этому уравнению можно поставит в соответствие:

 

                                                                          (1.7)

 

Рассмотрим режим, соответствующий отсутствию тока во вторичной обмотке. В этом случае все магнитные процессы определяются только электрическими процессами в первичной обмотке => e20(t) – в режиме ХХ.

 

                                                                                 (1.8)

                                                                                     (1.9)

n – коэффициент трансформации.

 

Т.к. U1(t) – синусоидально, то и отклик в виде ЭДС, и падение напряжения, и Ф10 также изменются по гармоническому закону.

 

Ф10(t)= Ф10m*sin(ωt)                                                                             (1.10)

=-W1Ф10m(2πf)cos(ωt)=

=|cos(ωt)=-sin(ωt-π/2)|=2πfW1Ф10msin(ωt-π/2)                                               (1.11)

E10m=2πfW1 Ф10m                                                                                              (1.12)

E10= E10m/                                                                                           (1.13)

E10=√2*πfW1 Ф10m                                                                                            (1.14)

E10=4,44*f*W1* Ф10m                                                                          (1.15)

                                                                           

Формула трансформатора ЭДС

 

U1(t)≈-e10(t)                                                                                                        (1.16)

n= E10/ E20≈ U1/ U2