Раздел 4.Трансформаторы

4.1. Назначение трансформаторов

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменных напряжений и токов неизменной частоту при передаче электроэнергии от источника к потребителю.

Трансформация напряжений и токов необходима, прежде всего, для экономичной передача и распределения электроэнергии. Энергия большой мощности S=U Iпри небольшом значении напряжения может быть передана только при большом значении тока. Потери энергии в линии электропередачи определяются по формуле:

P_л = I² R_п L(4.1)

где Rn- сопротивление 1 км линии передачи,Ом/км;

L- длина линиикм, а потери напряжения в этой же линии:

U_л = I R_п L(4.2)

Следовательно, чем меньше ток, тем меньше потери мощности и напряжения в линях электропередачи. Это достигается повышением напряжения в линии. Чем выше напряжение, тем меньше значение тока, а значит меньше сечение проводов линии передачи. Поэтому в местах производства электрической энергии - на электрических станциях напряжение повышают до 35, 11О, 220, 330, 500, 750 кВи выше, передают энергию по проводам к потребителю, где на понижающих подстанциях трансформируют до3, 6, 10 кВ. Эти напряжения используют при питании мощных электродвигателей, других приемников, а также трансформаторов, понижающих напряжение до500, 380, 220 Ви ниже.

4.2.Устройство трансформатора

Трансформатор состоят из сердечника (см. рис.4.1), собранного из отдельных листов электротехнической стали и двух обмоток - первичной с числом витков ₁и вторичной с числом витков₂. Обмотки обычно выполняют из медного провода круглого или прямоугольного сечения. Начала обмоток обозначают буквамиАиа, концыХих. Обмотки различают также по значению напряжения: обмотка высшего напряжения (ВН), обмотка низшего напряжения (НH). К первичной обмотке подключается генератор, ко вторичной - приемник.

Рис.4.1. Электромагнитная схема трансформатора

Условное обозначение трансформатора приведено на рис.4.2

На табличке трансформатора указывается его номинальные величины: мощность S_H, первичноеU_1ни вторичноеU_2н, напряжения, первичныйI_1ни вторичныйI_2нтоки, напряжение короткого замыканияU_Kи частотаfкоторые соответствуют номинальному тепловому режиму.

Рис.4.2. Условные обозначения трансформатора на электрических схемах

4.3. Принцип действия однофазного трансформатора

Переменное напряжение u₁, подведенное к первичной обмотке трансформатора, вызывают в ней токi₁, который возбуждает в сердечнике, являющемся магнитопроводом, переменный магнитный потокФ. Часть потока замыкается вокруг первичной обмотки по сердечнику и по воздуху, образуя поле рассеяния.

Основной магнитный поток Фнаводит в обмотках э.д.с.

(4.3)

Э.д.с. e₂имеет такое же направление по отношению к началу вторичной обмотки, как в э.д.с.e₁по отношению к первичной обмотке (на рис. 4.1 начала обмоток обозначены точками).

Для гармонически изменяющегося магнитного потока

Ф = Ф_m sin t(4.4)

где ФиФт- мгновенное и амплитудное значения потока.

С учетом выражения магнитного потока формулы (4.3) примут следующий вид:

e₁ = ₁  Ф_m sin (t - /2) = m₁ sin (t - /2);

e₂ = ₂  Ф_m sin (t - /2) = m₂ sin (t - /2); (4.5)

где E m₁=₁  Ф_m;E m₂=₂  Ф_m.

Действующие значения первичной и вторичной э.д.с.

(4.6)

Отношение э.д.с. первичной обмотки к э.д.с. вторичной обмотки, равное отношению чисел витков этих обмоток, называется коэффициентом трансформации трансформатора

(4.7)

Таким образом, для повышения напряжения генератора необходимо выполнить условие ₂>₁. Трансформатор с таким соотношением витков называют повышающим. Если трансформатор понижающий, то для него₁>₂.