Принцип работы трансформаторов
Принцип работы трансформатора связан с принципом электромагнитной индукции. Ток поступающий на первичную обмотку создает в магнитопроводе магнитный поток.
Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции. На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе, сдвинутый по фазе, при синусоидальном токе, на 90° по отношению к току в первичной обмотке. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° по отношению к магнитному потоку. Когда вторичные обмотки ни к чему не подключены (режим холостого хода), ЭДС индукции в первичной обмотке практически полностью компенсирует напряжение источника питания, поэтому ток через первичную обмотку невелик, и определяется в основном её индуктивным сопротивлением. Напряжение индукции на вторичных обмотках в режиме холостого хода определяется отношением числа витков соответствующей обмотки w2 к числу витков первичной обмотки w1: U2=U1w2/w1.
При подключении вторичной обмотки к нагрузке, по ней начинает течь ток. Этот ток также создаёт магнитный поток в магнитопроводе, причём он направлен противоположно магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. В результате, в первичной обмотке нарушается компенсация ЭДС индукции и ЭДС источника питания, что приводит к увеличению тока в первичной обмотке, до тех пор, пока магнитный поток не достигнет практически прежнего значения. В этом режиме отношение токов первичной и вторичной обмотки равно обратному отношению числа витков обмоток (I1=I2w2/w1,) отношение напряжений в первом приближении также остаётся прежним.
Схематично, выше сказанное можно изобразить следующим образом:
U1 > I1 > I1w1 > Ф > ε2 > I2.
Магнитный поток в магнитопроводе трансформатора сдвинут по фазе по отношению к току в первичной обмотке на 90°. ЭДС во вторичной обмотке пропорциональна первой производной от магнитного потока. Для синусоидальных сигналов первой производной от синуса является косинус, сдвиг фазы между синусом и косинусом составляет 90°. В результате, при согласном включении обмоток, трансформатор сдвигает фазу приблизительно на 180°. При встречном включении обмоток прибавляется дополнительный сдвиг фазы на 180° и суммарный сдвиг фазы трансформатором составляет приблизительно 360°.
Опыт холостого хода
Для испытания трансформатора служит опыт холостого хода и опыт короткого замыкания.
При опыте холостого хода трансформатора его вторичная обмотка разомкнута и тока в этой обмотке нет (/2—0).
Если первичную обмотку трансформатора включить в сеть источника электрической энергии переменного тока, то в этой обмотке будет протекать ток холостого хода I0, который представляет собой малую величину по сравнению с номинальным током трансформатора. В трансформаторах больших мощностей ток холостого хода может достигать значений порядка 5— 10% номинального тока. В трансформаторах малых мощностей этот ток достигает значения 25—30% номинального тока. Ток холостого хода I0 создает магнитный поток в магнитопроводе трансформатора. Для возбуждения магнитного потока трансформатор потребляет реактивную мощность из сети. Что же касается активной мощности, потребляемой трансформатором при холостом ходе, то она расходуется на покрытие потерь мощности в магнитопроводе, обусловленных гистерезисом и вихревыми токами.
Так как реактивная мощность при холостом ходе трансформатора значительно больше активной мощности, то коэффициент мощности cos φ его весьма мал и обычно равен 0,2-0,3.
По данным опыта холостого хода трансформатора определяется сила тока холостого хода I0, потери в стали сердечника Рст и коэффициент трансформации К.
Силу тока холостого хода I0 измеряет амперметр, включенный в цепь первичной обмотки трансформатора.
При испытании трехфазного трансформатора определяется фазный ток холостого хода.
О потерях в стали сердечника Pст судят по показаниям ваттметра, включенного в цепь первичной обмотки трансформатора.
Коэффициент трансформации трансформатора равен отношению показаний вольтметров, включенных в цепь первичной и вторичной обмоток.
Устройство и принцип работы трансформатора
Трансформаторомназывается статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.
Трансформаторы с одной первичной и с одной вторичной обмоткой называют двухобмоточным. Если трансформатор имеет несколько первичных и вторичных обмоток, то такие трансформаторы называются многообмоточными.
По числу фаз трансформаторы бывают однофазными и трехфазными, а также с другими числами фаз. Такие трансформаторы используются в специальных устройствах.
Трансформаторы можно подразделить на силовые и специальные. Силовые трансформаторывыполняются на большие мощности и применяют в энергосистемах при передаче электроэнергии от электростанций к потребителям. Для электропитания различных радиоэлектронных и коммутационных систем применяют специальные трансформаторы питания небольшой мощности.
Специальные трансформаторы(автотрансформаторы, трансформаторы для преобразования числа фаз и частоты, выпрямительные, измерительные, вращающиеся и др.) используют в самых разнообразных системах радиоэлектроники и телекоммуникации, а также системах в автоматизации и управления.
Основными частями трансформатора являются магнитопровод и обмотки.
Магнитопровод(сердечник) служит для усиления электромагнитной связи между обмотками. Сердечники трансформаторов собирают из листов электротехнической стали или из ленты холоднокатаной стали, целью уменьшения потерь энергии от вихревых токов и гистерезис. При изготовлении магнитопроводов для маломощных трансформаторов применяют электротехнические стали толщиной 0,35 – 0,5 мм.
Обмоткитрансформаторов состоят из первичной и вторичной обмотки, которые выполняются из медных проводов круглого или прямоугольного сечения. Чаще всего для обмоток маломощных трансформаторов применяют провод с эмалевой изоляцией марок, а также с хлопчатобумажной изоляцией марки ПБД. Обмотки выполняют в виде многовитковых цилиндрических катушек и располагают на каркасе, изготовленной из электротехнического картона или другого изоляционного материала. Конструкция обмоток трансформатора должна удовлетворять условиям высокой электрической и механической прочности, а также нагревостойкости. В высоковольтных трансформаторах обмотки состоят из двух катушек. При этом достигается хорошая изоляция обмоток друг от друга. Недостаток такого расположения обмоток – большое рассеяние магнитного потока.
В броневом трансформаторе используют одну катушку вместо двух. При этом получается высокий коэффициент заполнения окна и обмотки будут защищены от механических повреждений. На каждом стержне размещают катушку с двумя обмотками – первичной и вторичной.
Обмотку, подключаемую к источнику питания, называют первичной, а к нагрузке – вторичной(в многообмоточном трансформаторе может быть несколько вторичных обмоток). На рисунке 2.1 представлена схема однофазного трансформатора подключенного к нагрузке.
Принцип работы трансформатора заключается в следующем. При подключении первичной обмотки трансформатора к сети синусоидальным напряжением в обмотке возникает ток . который создает изменяющийся магнитный поток . замыкающийся по сердечнику.
Рисунок 3.1 – Схема трансформатора под нагрузкой
Поток согласно закону электромагнитной индукции наводит ЭДС как в первичной, так и во вторичной обмотке. При подключении ко вторичной обмотке нагрузки в этой обмотке будет протекать ток и на ее зажимах устанавливается некоторое напряжение . Следует отметить, что магнитный поток создается токами обоих обмоток.
185.154.22.117 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.
Трансформатор напряжения
Трансформатор напряжения — статическое (не имеющее подвижных частей) электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения одного значения в переменное напряжение другого значения.
Устройство и принцип работы трансформатора напряжения. Конструктивно простейший силовое трансформатор представляет собой магнитопровод (сердечник), набранный из изолированных (в целях снижения вихревых токов) листов электротехнической стали и расположенных на нем не менее двух обмоток. Устройства с одной обмоткой называются автотрансформаторами .
Переменное напряжение U1 от источника тока подается на одну из обмоток (первичную), преобразованное напряжение U2 с выводов вторичной обмотки поступает на нагрузку (потребитель Zн ).
В основе принципа преобразования напряжения в трансформаторе лежит явление электромагнитной индукции. При подаче напряжения на первичную обмотку протекающий в ее витках переменный ток i1 создает в сердечнике магнитный поток Ф .
Замыкаясь по сердечнику, этот поток индуцирует в первичной и вторичной обмотках переменные ЭДС (е1, е2). величины которых зависят от количества витков первичной (w1) и вторичной (w2) обмоток и скорости изменения этого магнитного потока (dФ/dt) .
Исходя из этого, мгновенные значения ЭДС в обмотках могут быть выражены формулами:
Отсюда выведем значения мгновенных и действующих ЭДС в обмотках:
Из выражений видно, что что ЭДС отличаются друг от друга числом витков обмоток, в которых они наводятся. Не учитывая ввиду относительной незначительности потери в обмотках, справедливы будут следующие приближенные равенства:
где U1 и U2 — первичное и вторичное напряжения трансформатора.
Отношение ЭДС обмотки первичного напряжения к ЭДС обмотки вторичного (или количества их витков) является одной из важных характеристик трансформатора и называется коэффициентом трансформации (k) .
Таким образом, используя обмотки с определенным соотношением количества витков, можно изготовить трансформатор на любое требуемое отношение напряжений U1 и U2 .
Имея свойства обратимости — возможности понижать и повышать напряжение, трансформаторы, как правило используются по одному назначению.
Виды трансформаторов напряжения и их применение. В зависимости от назначения, устройства можно разделить на следующие основные виды:
Силовые — трансформаторы большой мощности, используемые в электроснабжении. Могут быть повышающими напряжение — для его передачи на большие расстояния и понижающими — уменьшающими напряжение до рабочих значений определенных категорий электропотребителей.
Технологического назначения — устройства большой мощности, используемые в технологических целях (электросоварочные, печные и пр.).
Трансформаторы небольшой мощности. предназначенные для питания радиотехнической аппаратуры, бытовой техники, использования в схемах различных электронных устройств.
Измерительные — применяются в измерительных целях и служат для расширения пределов измерения приборов.
Источники: http://lektsii.org/10-82540.html, http://studopedia.ru/7_39658_ustroystvo-i-printsip-raboti-transformatora.html, http://forum220.ru/voltage-transformer.php
