Трансформаторы

Трансформатором называется электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования посредством магнитного поля электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения при условии сохранения частоты.

Ф – рабочий поток

Ф_σ – поток рассеяния

W₁, W₂ – числа витков первичной и вторичной обмотки

Обмотка, к которой подводиться энергия от источника питания называется первичной обмоткой.

Вторичная обмотка подсоединяется к нагрузке. Под действием переменного напряжения U₁ в первичной обмотке возникает переменный ток i₁ и в сердечнике возбуждается изменяющийся магнитный ток.

Амплитуда потока . Этот поток индуцирует э.д.с е₁ и е₂ в обмотках трансформатора . Э.д.с. е₁ уравновешивает основную часть напряжения источника питания U₁, э.д.с. е₂ создает напряжение U₂ на выходных зажимах трансформатора. При замыкании вторичной цепи возникает i₂, который образует собственный магнитный поток в сердечнике. Этот поток складывается с потоком первичной обмотки, образуя общий поток Ф, сцепленный с витками обеих обмоток трансформатора. Это поток и округляет величины э.д.с е₁ и е₂.

Отношение называется коэффициентом трансформации.

Помимо основного рабочего потока Ф, тока i₁ и i₂ создают потоки рассеяния Ф_1σ и Ф_2σ. При изменении магнитных потокосцеплений рассеяния в обмотках индуктируется дополнительная э.д.с.

Передача энергии в трансформаторе из первичной цепи во вторичную осуществляется посредством переменного магнитного тока в сердечнике. Первичная и вторичная цепь электрически изолированы друг в друга.

На ТЭЦ и ГЭС энергия вырабатывается генераторами с номинальным напряжением 6,3; 10,5; 15,75; 38,5 кВ. Для уменьшения потерь в линиях электропередач повышают напряжение, при котором передается электроэнергия.

Существуют линии с U = 500 кВ, проектируются 1000 кВ и выше.

На генераторных подстанциях устанавливают понижающие трансформаторы.

Напряжение потребителей может быть 127, 220, 380, 500 В. Мощные электродвигатели работают при напряжении 3 и 6 кВ. Поэтому возникает необходимость создания ряда понижающих станций, на которых происходит трансформирование напряжений.

Трансформаторы: силовые, измерительные, сварочные, силовые малой мощности.

Изолированный трансформатор.

Поток рассеяния отсутствует, активное сопротивление обмоток равен нулю. Напряжение на зажимах U₁ уравнивается э.д.с e₁, индуктируемой рабочим потоком Ф.

Уравнения электрического состояния

U₁ = - e₁; U₂ = e₂

;

Для изолированного трансформатора

При любой форме кривой напряжения U₁, напряжение U₂ на зажимах нагрузки бет повторять U₁.

При синусоидальном напряжении U₁ магнитный поток также изменяется по синусоидальному закону. Магнитный поток Ф(t) определяет величину напряженности поля Н(t) в сердечнике, поскольку эти величины связаны между собой через динамическую петлю гистерезиса.

Напряженность магнитного поля Н(t) связана по закону полного тока с намагничивающими силами первичной и вторичной обмоток.

При заданном напряжении U₁ сумма намагничивающих сил в каждый момент времени должна иметь определенные значимые независимо от характера и величины нагрузки трансформатора.

В режиме холостого хода i₁ = 0 поток Ф(t) создается током холостого хода первичной обмотки i_1хх , тогда

Прировняв намагничивающие силы, получаем

-

Ток первичной обмотки две составляющие. Составляющая создает магнитный ток сердечника. Составляющая компенсирует воздействие на поток сердечника намагничивающей силы вторичной обмотки. Поэтому поток в сердечнике при любой нагрузке сохраняется таким же, как и при холостом ходе. Форма тока не соответствует форме кривой , т.к. имеется ток холостого хода . Чем больше , тем больше отличаются токи и .