Назначение, устройство и принцип действия трансформатора. Однофазный трансформатор и режимы его работы.

Трансформатором называют электротехническое устройство, служащее для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

Трансформаторы широко применяются в системах передачи и распределения электрической энергии. Используются повышающие и понижающие трансформаторы.

Преобразование напряжение в трансформаторе осуществляется переменным магнитным потоком индуктивно – связанных между собой двух обмоток. Обмотка, подключаемая к источнику электрической энергии, называется первичной, другая обмотка, на которую включена нагрузка — вторичной. Если через транс форматор необходимо осуществить питание двух и более нагрузок с разным напряжением, то выполняется соответствующее число вторичных обмоток.

Для усиления индуктивной (магнитной) связи между обмотками их помещают на ферромагнитный сердечник, называемый магнитопроводом.

По назначению трансформаторы делятся на силовые и специального назначения (измерительные, сварочные, пиктрансформаторы, согласующие и др.).

 

Силовые трансформаторы бывают однофазные и трехфазные, повышающие и понижающие. По способу охлаждения они делятся на воздушные и масляные

Основными частями трансформатора являются магнитопровод и обмотки. Магнитопровод собирается из тонких изолированных друг от друга листов электротехнической стали. Часть магнитопровода, на которой располагаются обмотки, называют стержнями. Части магнитопровода замыкающие стержни, называют ярмом.

Однофазные трансформаторы в зависимости от формы магнитопровода и расположения обмоток подразделяются на стержне вые и броневые. Сечение стержней у маломощных трансформаторов выполняется прямоугольным, у мощных - в виде ступенчатой фигуры, вписанной в окружность.

В зависимости от значения сопротивления нагрузки различают три режима работы трансформатора: Z_н, = ∞ — режим холостого хода; О < Z_н < ∞ - режим нагрузки; Z_н = О - режим короткого замыкания.

В режиме холостого хода (х. х.) вторичная обмотка трансформатора разомкнута, ток I₂ = О: Магнитный поток в магнитопроводе создается током первичной обмотки, называемый током холостого хода, I₁₀. Переменный магнитный поток Ф = = Ф_0msinwt, сцепленный с нитками обмоток, наводит в них эдс, равные

Действующие значения этих эдс, так же как и в катушке с ферромагнитным сердечником, равны:

и

Отношение называют коэффициентом трансформации.

коэффициентом трансформации.

Вследствие перемагничивания магнитопровода в нем возникают потери мощности, которые называют потерями холостого хода. Можно считать, что мощность Р_о, потребляемая из сети трансформатором режиме х. х., идет в основном на покрытие потерь в магнитопроводе, так как потери в обмотке R₁I²₁₀ сравнительно малы. Ток холостого хода I₁₀ содержит активную и реактивную составляющие , где

Режим короткого замыкания (к. з.) для силового трансформатора является аварийным. Однако некоторые специальные трансформаторы рассчитываются для работы в режиме, близком к короткому замыканию. Это сварочные трансформаторы, измерительные трансформаторы тока и др.

При работе трансформатора в режиме нагрузки (Z_н ≠ 0) во вторичной цепи под воздействием Е₂ появится ток I₂. Основной магнитный поток Ф₀ создается совместным действием мдс первичной и вторичной обмоток. Результирующая мдс равны их геометрической сумме:

F_P = w₁I₁ + w₂I₂ = w₁I₁₀