Расчет электрической цепи постоянного и переменного тока Основные законы электрических цепей Расчёт сложной цепи с помощью законов Кирхгофа Особенности трехфазных цепей Нелинейные электрические цепи

Трансформаторы

Основные понятия о трансформаторах

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной системы переменного тока в другую. Для усиления магнитного потока и увеличения магнитной связи между обмотками последние размещаются на ферромагнитном сердечнике. Основное назначение трансформаторов – изменять напряжение переменного тока. Однако они могут применяться также для преобразования числа фаз и частоты.

Трансформатор характеризуется номинальными данными, которые указаны на его заводском щитке.

Номинальная мощность трансформатора Sн – полная мощность на зажимах вторичной обмотки, указываемая на щитке и выраженная в вольт–амперах (ВА) или киловольт–амперах (кВА).

Номинальное первичное напряжение U1Н – напряжение сети, на которое рассчитан трансформатор.

Номинальное вторичное напряжение U2Н – напряжение на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе и номинальном первичном напряжении.

Номинальные токи обмоток – первичный I1Н и вторичный I2Н – токи, соответствующие номинальным значениям напряжений и мощности. Так как КПД трансформаторов сравнительно высок, то принимают, что у двухобмоточного трансформатора номинальные мощности обеих обмоток равны.

В цепях трехфазного тока трансформирование электрической энергии осуществляется с помощью трехфазных трансформаторов. При этом принято начала фаз обмотки высшего напряжения обозначать А, В, С, а их концы – X, Y, Z; начала фаз обмотки низшего напряжения соответственно – a, b, c, а концы – x, y, z. Для трехфазных трансформаторов в качестве номинальных значений напряжений и токов указывают линейные величины.

Как первичные, так и вторичные обмотки трехфазных трансформаторов могут соединяться звездой (символ , а при выведенной нейтральной точке – ) или треугольником (символ ). Обычно применяются схемы соединения , , , которые являются основными. Символ способа соединения обмотки высшего напряжения принято указывать в числителе. способа соединения обмотки высшего напряжения принято указывать в числителе.

Первичную обмотку трансформатора присоединяют к питающей сети переменного тока. Ток первичной обмотки I1 имеет активную и индуктивную составляющие. При разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход), вследствие действия индуктивной составляющей тока I0, возникает магнитный поток, намагничивающий сердечник. Активная составляющая тока I0а определяется потерями, возникающими в листах стали при перемагничивании сердечника. Большая часть потока Ф1, созданного первичной обмоткой, сцеплена также со вторичной обмоткой фазы и является потоком взаимоиндукции между обмотками или основным рабочим потоком Ф. Другая часть полного потока Ф1 сцеплена только с витками первичной обмотки. Её называют потоком рассеяния. На рисунке 5.1 поток рассеяния первичной обмотки Фσ1 условно показан линиями магнитной индукции, сцеплёнными только с витками первичной обмотки. Поток рассеяния Фσ1 создаётся только током I1 и не зависит от наличия тока I2 во вторичной обмотке.

 

Рисунок 5.1 – Схема устройства трансформатора

Если включить два ваттметра в трехпроводную систему постоянного тока (рис. 3.14), то они будут измерять мощность всей установки. При этом не имеет знамения, каковы напряжения отдельных пеней, объединенных в трехпроводную систем. Если вместо постоянных тока и напряжения рассматривать мгновенные значения напряжений и токов трехфазной системы, то в таких условиях ваттметры будут показывать средние значения мгновенных мощностей, т. е. активные мощности. Но следует иметь в виду, что хотя Р = Р1 + Р2, мощность системы равна сумме показаний двух ваттметров, но эта сумма алгебраическая, т. е. показание одного из ваттметров может быть отрицательным — стрелка одного из ваттметров может отклоняться в обратную сторону, за нуль шкалы. Чтобы отсчитать в таких условиях показание ваттметра нужно переключить зажимы цепи напряжения. Показания прибора после такого переключения следует считать отрицательными.

Рис. 3.14 Схема измерения активной мощности в трехфазной трехпроводной системе (способ двух ваттметров)

Полный поток, сцеплённый с первичной обмоткой, Ф1 = Ф + Фσ1. (5.1).

При наличии тока во вторичной обмотке поток взаимоиндукции Ф создаётся действием намагничивающих сил F1 и F2, где F1 = w1I1, a F2 = w2I2.

ЭДС Eσ1 пропорциональна магнитному потоку Фσ1, а ЭДС E σ2 – потоку Фσ2.

Приведенный трансформатор и его схема замещения В реальном трансформаторе числа витков w1 ≠ w2 , поэтому Е1 ≠ Е2 , I1 ≠ I2 и, как следствие, различны активные r1, r2 и реактивные x1, x2 сопротивления обмоток.

В реальных трансформаторах между первичной и вторичной обмотками существует магнитная связь.

Режимы работы трансформатора В зависимости от величины сопротивления нагрузки трансформатор может работать в трех режимах:1 Холостой ход при сопротивлении нагрузки zн = ∞. 2 Короткое замыкание при zн = 0. 3 Нагрузочный режим при 0 < zн < ∞.

Для определения напряжения короткого замыкания, потерь в обмотках и сопротивлений rк и xк проводят опыт короткого замыкания.

В трансформаторе имеются два вида потерь: магнитные потери, вызванные прохождением магнитного потока по магнитопроводу, и электрические потери, возникающие при протекании тока по обмоткам.

УСТРОЙСТВО ТРАНСФОРМАТОРА

Трансформатор состоят из сердечника (см. рис.4.1), собранного отдельных листов электротехнической стали и двух обмоток - первичной с числом витков >w1 и вторичной с числом витков w2. Обмотки обычно выполняют из медного провода круглого или прямоугольного сечения. Начала обмоток обозначают буквами А и а, концы Х и х. Обмотки различают также по значению напряжения: обмотка высшего напряжения (ВН), обмотка низшего напряжения (НH). К первичной обмотке подключается генератор, ко вторичной - приемник.

Рис.4.1. Электромагнитная схема трансформатора

Условное обозначение трансформатора приведено на рис.4.2

На табличке трансформатора указывается его номинальные величины: мощность SH, первичное U1н и вторичное U2н, напряжения, первичный I1н вторичный I2н токи, напряжение короткого замыкания UK частота f которые соответствуют номинальному тепловому режиму.

Рис.4.2. Условные обозначения трансформатора на электрических схемах


На главную