Трансформаторы

Глава 12. Основные сведения о трансформаторах.

 

Трансформатор представляет собой статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения.

 

§12-1. Принцип действия и виды трансформаторов.

 

рис.12.1

 

В простейшем случае трансформатор имеет одну первичную обмотку 1, к которой подводится электрическая энергия генератора Г, и одну вторичную обмотку 2, от которой энергия отводится к потребителю(z_нг). Передача энергии из одной обмотки в другую производится путем электромагнитной индукции.

Магнитопровод 3 при частоте тока f <150Гц изготавливается из листовой электротехнической стали толщиной 0,35¸0,5 мм. При f >150 Гц применяется более тонкая сталь, а при f ≥100 кГц потери на гистерезис и вихревые токи становятся чрезвычайно большими и трансформаторы выполняются без ферромагнитного магнитопровода (воздушные) или из магнитодиэлектриков с малыми магнитными потерями.

Так I₁ создает поток Ф, который индуктирует э.д.с. как в первичной, так и во вторичной обмотках. При подключении z_нг во вторичной обмотке возникает ток I₂ и на ее зажимах устанавливается U₂ . При этом создается в магнитопроводе результирующий магнитный поток Ф_с, создаваемый токами обеих обмоток.

 

Электрические соотношения в идеальном трансформаторе:

1. Сопротивления обмоток и потери в стали отсутствуют:

r₁=r₂=0; P_c=0; DU₁=DU₂=0.

2. Магнитная проницаемость стали m_с = ∞,

3. В магнитопроводе нет разъемов и стыков.

4. Все линии магнитной индукции сцепляются со всеми витками обеих обмоток w₁ и w₂ , т.е. нет рассеяния магнитного потока. При этом связь между обмотками является полной и коэффициент электромагнитной связи обмоток трансформатора

(12-1)

 

где L₁₁ и L₂₂ – собственные индуктивности, а M - взаимная индуктивность обмоток.

Э.д.с. при синусоидальных переменных потоках.

(12.1)

 

Где: Y = wф_с - потокосцепление контура;F_с – амплитуда магнитного потока; w = 2pf – угловая частота (скорость изменения фазового угла первичной и вторичной обмоток,а (wt ± j) – фазовый угол - угловое значение аргумента синусоидальной э.д.с. при переходе через ноль).

Действующие значения этих э.д.с.:

 

(12-3)

т.к.

DU₁=0, DU₂=0, то U₁=E₁, U₂=E₂ (12.4)

 

(12-5)

 

где

 

(12-6)

Мощности первичной и вторичной обмоток должны быть равны U₁I₁ = U₂I₂,откуда

(12-7)

или

I₂ = kI₁ , (12.9)