Як діє трансформатор?

Трансформатор - це статичний (т. Е. Без рухомих частин) електромагнітний апарат однофазний або трифазний, в якому явище взаємоіндукції використовується для перетворення електричної енергії. Трансформатор перетворює змінний струм однієї напруги в змінний струм тієї ж частоти, але іншого напруги.

Електромагнітна схема трансформатора

Електромагнітна схема трансформатора.

Трансформатор має кілька електричних, ізольованих одна від одної обмоток: однофазний - не менше двох, трифазний - не менше шести.

Обмотки, зєднані з джерелом електроенергії, іменуються первічнимі- інші обмотки, що віддають енергію в зовнішні ланцюги, називаються вторинними. На малюнку внизу схематично показані первинна і вторинна обмотки однофазного трансформатора- вони забезпечені загальним замкнутим сердечником, зібраним з листової електротехнічної сталі.

Феромагнітний сердечник служить для посилення магнітного звязку між обмотками, т. Е. Для того, щоб більша частина магнітного потоку первинної обмотки зчіплюються з витками вторинної обмоткі.На рис. праворуч показаний сердечник і шість обмоток трифазного трансформатора. Ці обмотки зєднуються за схемою зірки або трикутника.

Для поліпшення умов охолодження та ізоляції трансформатор поміщається в бак, заповнений мінеральним маслом (продуктом перегонки нафти). Це так званий масляний трансформатор.

При частоті змінного струму приблизно понад 20 кГц застосування сталевого сердечника в трансформаторах недоцільно через великі втрат в стали від гистерезиса і вихрових струмів.

Для високих частот застосовуються трансформатори без феромагнітних сердечників - повітряні трансформатори.

Схема трифазного трансформатора

Схема трифазного трансформатора.

Якщо напруга на затискачах первинної обмотки, первинна напруга U1, менше вторинного напруги U2, то трансформатор називається що підвищує. Якщо ж первинна напруга більше вторинного, то - знижувальним (U1> U2). Відповідно до відносної величиною номінальної напруги прийнято розрізняти обмотку вищої напруги (ВН) і обмотку нижчої напруги (НН).

Познайомимося коротко з роботою однофазного двохобмотувальні трансформатора зі сталевим сердечником. Його робочий процес і електричні співвідношення можна вважати характерними в основному для всіх видів трансформаторів.

Напруга U1, прикладена до затискачів первинної обмотки, створює в цій обмотці змінний струм i1.Ток збуджує в осерді трансформатора змінний магнітний потік Ф. Внаслідок періодичного зміни цього потоку в обох обмотках трансформатора индуктируются ЕРС.

е1 = - w1 (? ф:? t) і e2 = - w2 (? ф:? t), де

w1 і w2 - кількість витків тієї та іншої обмоток.

Таким чином, ставлення Еде, індукованих в обмотках, дорівнює відношенню чисел витків цих обмоток:

 е1: e2 = w1: w2

Це коефіцієнт трансформації трансформатора.

Коефіцієнт корисної дії трансформатора щодо дуже високий, в середньому близько 98%, що дозволяє при номінальному навантаженні вважати приблизно однаковими первинну потужність, що отримується трансформатором, і вторинну потужність, їм віддається, т. Е. P1? p2 або u1i1? u2i2, на підставі чого

i1: i2? u2: u1? w 2: w 1

Це відношення миттєвих значень струмів і напруг справедливо і для амплітуд, і для діючих значень:

L1: l2? w 2: w 1? u2: u1,

Схема розподільного трансформатора

Схема розподільного трансформатора.

т. е. ставлення струмів в обмотках трансформатора (при навантаженні, близькою до номінальної) можна вважати зворотним відношенню напруг і числу витків відповідних обмоток. Чим менше навантаження, тим більше впливає струм холостого ходу, і наведене наближене співвідношення струмів порушується.

При роботі трансформатора абсолютно різна роль ЕРС в його первинної та вторинної обмотках. ЕРС, їй індукована в первинній обмотці, виникає як протидія ланцюга зміни в ній струму i1. За фазі ця ЕРС майже протилежна напрузі.

Як в ланцюзі, що містить індуктивність, струм у первинній про б м про ТКЕ трансформатора

i1 = (u1 + e1): r1,

де г 1 - активний опір первинної обмотки.

Звідси отримуємо рівняння для миттєвого значення первинного напруги:

u1 = -e1 + i1r1 = w t (? ф:? t) + i1r1,

яке можна прочитати як умова електричної рівноваги: прикладена до затискачів первинної обмотки напруга u1 завжди врівноважується ЕРС і падінням напруги в активному опорі обмотки (другий член щодо дуже малий).

Інші умови мають місце у вторинному ланцюзі. Тут струм i2 створюється ЕРС e1, що грає роль ЕРС джерела струму, і при активному навантаженні r / н у вторинному ланцюзі цей струм

i2 = l2: (r2 + r / н),

де r2- активний опір вторинної обмотки.

У першому наближенні вплив вторинного струму i2 на первинну ланцюг трансформатора можна описати таким чином.

Струм i2, проходячи по вторинній обмотці, прагне створити в осерді трансформатора магнітний потік, який визначається намагничивающей силою (НС) i2w2. Відповідно до принципу Ленца, цей потік повинен мати напрямок, протилежне напрямку головного потоку. Інакше можна сказати, що вторинний струм прагне послабити індукуючий його магнітний потік. Однак таке зменшення головного магнітного потоку Фт порушило б електричне рівновагу:

u1 = (-е1) + I1r1,

так як e1 пропорційно магнітному потоку.

Створюється переважання первинного напруги U1, тому одночасно з появою вторинного струму збільшується первинний струм, притому настільки, щоб компенсувати розмагнічуюче дію вторинного струму і, таким чином, зберегти електричне рівновагу. Отже, всяка зміна вторинного струму повинно викликати відповідну зміну первинного струму, при цьому струм вторинної обмотки, завдяки відносно малому значенню складової i1r1, майже не впливає на амплітуду і характер змін у часі головного магнітного потоку трансформатора. Тому амплітуду цього потоку Фт можна вважати практично постійною. Така сталість Фт характерно для режиму трансформатора, у якого підтримується незмінним напруга U1, прикладена до затискачів первинної обмотки.


» » » Як діє трансформатор?