Справочник строителя | Основы электротехники

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТРАНСФОРМАТОРА

Трансформатор преобразует уровни токов и напряжений. Различают силовые и измерительные трансформаторы.

Силовой трансформатор предназначен для преобразования электрической энергии одного уровня напряжения и, соответственно, токов в другой. Различают повышающий и понижающий трансформаторы. Повышающий трансформатор необходим для повышения напряжения, а понижающий — для его уменьшения. Можно сказать, что силовой трансформатор необходим для основной, энергетической цели — преобразования уровня напряжения основного потока электрической энергии.

Измерительные трансформаторы (трансформаторы тока и напряжения) являются вспомогательными элементами электроустановок и предназначены для снижения токов или напряжений до значений, которые могут быть измерены стандартными измерительными приборами. К этим трансформаторам подключают также различные реле защиты и электроавтоматики. Измерительные трансформаторы, кроме того, электрически (гальванически) отделяют силовые (первичные) цепи от вторичных (измерительных). Благодаря этому существенно повышается безопасность эксплуатации и обслуживания измерительных приборов и реле.

Принцип действия трансформатора основан на использовании явления электромагнитной индукции, т. е. на создании ЭДС переменным магнитным полем. В соответствии с законом электромагнитной индукции напряжение (мгновенное значение), созданное током i на обмотке с индуктивностью L, равно

- производная (математическое понятие) тока по времени.

Можно записать указанное выражение иначе:

где Ψ — потокосцепление обмотки.

При переменном синусоидальном напряжении для обмотки с ферромагнитным сердечником (рис. 1) справедливо выражение

где B_m — амплитуда магнитной индукции в сердечнике (должна быть не более 1,0... 1,5 Тл); U - действующее значение напряжения на обмотке; f — частота напряжения; k_ф = 1,11 — коэффициент формы синусоидального тока или напряжения; w, F — число витков обмотки и сечение сердечника (магнитопровода), м².

Рис. 1. Принцип действия трансформатора

Последнее выражение можно записать иначе:

Обычно амплитуда магнитной индукции В = 1 Тл, тогда можно найти так называемое число вольт на один виток обмотки трансформатора:

U_уд=U/W=4k_фfB_mF=222F, В/вит

где F измеряется в м².

Если сечение F измеряется в см², то

U_уд =0,0222F(см²), В/вит.

Число витков обмотки на напряжение (например) 220 В равно

Преобразование уровня напряжения с помощью трансформатора объясняется следующим образом. Пусть имеется магнитопровод с обмотками, имеющими число витков w₁ (первичная обмотка) и w₂ (вторичная обмотка). К первичной обмотке приложено переменное синусоидальное напряжение U₁ которое создает ток I₁, в первичной обмотке и магнитное поле в магнитопроводе с индукцией В_m и, соответственно, магнитный поток Ф в магнитопроводе. Указанный поток создает потокосцепление Ψ₂ вторичной обмотки, равное Ψ₂ = Фw₂, и первичной обмотки — Ψ₁, = Фw_г Так как потокосцепления обмоток в свою очередь равны

то отношение U₁/U₂ оказывается равным отношению w₁/w₂. Отношение числа витков обмоток называют коэффициентом трансформации. Коэффициент трансформации равен отношению к_т = U₁U₂.

Следует подчеркнуть, что мощности на входе и выходе трансформатора равны (если пренебречь потерями в трансформаторе)

S₁ = U₁I₁ ≈S₂=U₂I₂.

Таким образом, если пренебречь потерями в трансформаторе, полные мощности (а также активные и реактивные), входящие в трансформатор, равны выходящим мощностям.

Потери активной мощности в трансформаторе складываются из потерь в магнитопроводе (на вихревые токи, гистерезис) и в обмотках. Последние обусловлены активными сопротивлениями обмоток. Потери в магнитопроводе называют потерями холостого хода Р_х, а в обмотках при прохождении номинальных токов по ним — потерями короткого замыкания Р_k.

Суммарные потери активной мощности и энергии в трансформаторе относительно невелики и не превышают нескольких (не более двух-пяти) процентов.

обсудить на форуме

объявления: стройка и ремонт

Поделитесь ссылкой в социальных сетях