8. Однофазный трансформатор. Режим холостого хода.

Однофазный трансформатор.

Трансформатор – статическое электрическое устройство, имеющее 2 или более индукционно-связанные обмотки, и предназначено для преобразования по средствам электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько систем переменного тока.

Первичная обмотка трансформатора включается в сеть переменного тока. Протекающий ток в первичной обмотке создает внутри сердечника трансформатора магнитный поток Ф, который в свою очередь пересекая вторичную обмотку индуцирует в ней ЭДС. Кроме того первичный ток создает поток рассеяния Ф_Р1, охватывающий первичную обмотку. Для уменьшения потерь в магнитопроводе сердечник трансформатора набирается из тонких листов электротехнической стали, изолированных друг от друга лаковой или оксидной пленкой.

e₁=-w­₁(dФ/dt); e₂=-w₂(dФ/dt); K=e₁/e₂=w₁/w₂ (К - коэффициент трансформации)

Коэффициент трансформации равен отношению напряжений в первичной и вторичной обмотках в режиме холостого хода (когда вторичная обмотка разомкнута)

Режим холостого хода.

В режиме холостого хода в первичной обмотке протекает ток i₀ равное i₁, который создает основной магнитный поток и поток рассеяния Ф_Р1. Основной магнитный поток наводит в первичную и вторичную обмотки.

В режиме холостого хода можно условно считать, поэтому опыт холостого хода используют для определения коэффициента трансформации.

I₀= корень из (I_a²+I_p²) из активной и реактивной составляющих тока.

I_a – активная составляющая, связанная с потерями на вихревые токи, токи Фуко и Гистерезис.

I_p – реактивная составляющая, тратится на создание магнитного потока. В режиме холостого хода трансформатор потребляет малую мощность.

I_p реактивный ток порождается основным магнитным потоком I_a , связанный с потерями в сердечнике.

Lα=π/2-φ – угол потерь.

9. Рабочий режим однофазного трансформатора.

В рабочем режиме к вторичной обмотке подключается нагрузка. При подключении первичной обмотки к источнику, в ней протекает ток i₁, напряжение между концами первичной обмотки и₁. Ток протекает по первичной обмотке создавая, внутри магнитопровода основной магнитный поток Ф₁. Замыкаясь в магнитопроводе и пересекая витки вторичной обмотки он проводит ЭДС индукции e₁. Если к вторичной обмотке подключить нагрузку, то через нее будет протекать i₂. Этот ток в свою очередь будет создавать в сердечнике магнитный поток Ф₂. Таким образом первичный и вторичный токи создают внутри сердечника потоки Ф₁ и Ф₂, которые накладываясь друг на друга создают суммарный поток Ф.

Ф=Ф_msinωt

Помимо основного магнитного потока токи обмоток создают потоки рассеяния Ф_р1 и Ф_р2.

Используя закон Кирхгофа можно записать уравнение i₀ – ток в первичной обмотке в режиме холостого хода.

i₁+ i₂^ǀ= i; i₂^ǀ= i₂/к. i₂^ǀ - приведенный вторичный ток в режиме трансформации.

10. Режим короткого замыкания. Коэффициент полезного действия однофазного трансформатора.

Режим короткого замыкания.

В режиме короткого замыкания вторичная обмотка замыкает сама на себя. В нормальных условиях этот режим является аварийным, поскольку при номинальном первичном напряжении ток в первичной обмотке превышает номинальный в 7-20 раз. Поэтому опыт короткого замыкания проводят при пониженном напряжении, при котором ток в первичной обмотке равен номинальному. Опыт короткого замыкания используется при расчетах потери мощности в трансформаторе.

Режим холостого хода используется для определения коэффициента трансформации и потерь мощности в магнитопроводе на вихревые токи, токи Фуко и Гистерезис.

КПД однофазного трансформатора.

Современные трансформаторы обладают очень высокими КПД.

h=P₁/P₂;

P₁ – мощность, потребляемая трансформатором;

P₂ – мощность, отдаваемая нагрузки.

P₁= P₂+P_М+P_Э

P_М – потери в магнитопроводе;

P_Э – мощность потерь электрическая.

P_Э= P_кз=i₂²R_кз

В рабочем магнитные потери считается постоянными.