Принцип действия электрического трансформатора
Электрические трансформаторы
Общие сведения
Электрический трансформатор – электромагнитное устройство, пре- образующее напряжение и ток одного уровня в напряжение и ток другого уровня при неизменной частоте и малой потере мощности.
Генераторы электрических станций вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6, 10, 15 кВ, так как на более высокие напряже- ния конструировать электрогенераторы сложно в связи с трудностью обес- печить хорошую изоляцию обмоток.
В то же время в линиях электропередачи применяют напряжения до 110, 220, 400, 500 кВ и более, чтобы уменьшить силу тока в линии, а зна- чит и сечение проводов, что позволяет резко снизить мощность потерь и стоимость линий электропередач.
Таким образом, необходимы повышающие трансформаторы, уве- личивающие напряжение генераторов электрических станций до напряже- ния линий электропередач.
В местах же потребления электрической энергии, на производстве, в быту и так далее необходимы понижающие трансформаторы, чтобы иметь напряжения 380, 220, 127 В и менее.
Электрические трансформаторы имеют высокий коэффициент по- лезного действия, доходящий до 99 % и высокую надежность, так как не содержат движущихся частей.
Изобрел электрический трансформатор в 1876 году П.Н. Яблочков, который в своих работах по электрическому освещению встретился с не- обходимостью обеспечить автономную работу нескольких светильников с разным напряжением от одного генератора.
|
|
|
В 1891 году М.О. Доливо-Добровольским была разработана конст- рукция первого трехфазного электрического трансформатора, после че- го применение электротрансформатора стало резко возрастать.
Простейший однофазный электрический трансформатор (рису- нок 6.1) состоит из двух обмоток, размещенных на ферромагнитном маг- нитопроводе, который набран из изолированных друг от друга листов электротехнической стали толщиной 0.3-0.5 мм, с целью уменьшения по-
терь на вихревые токи (потерь в стали)
P с .
Обмотка, подключаемая к источнику электрической энергии (генера- тору) или к линии электропередач (электрической сети) называется пер- вичной (входной). Обмотка, к которой подключается приемник электриче- ской энергии – вторичной (выходной).
| Ф0 |
| i1 |
| i2 |
| u1 |
| u L1 |
| w1 |
| w2 |
| U M 2 |
| u2 |
Рисунок 6.1 – Схема электрической цепи с трансформатором На щитке электрического трансформатора указываются:
|
|
|
- высшее и низшее номинальные напряжения;
- номинальная полная мощность
- частота f (Гц);
S = U1 × I1, ВА или кВА;
- токи в первичной и вторичной ( I1н , I 2н ) обмотках при номи- нальной
мощности;
- коэффициент трансформации К ;
- число фаз;
- схема соединений обмоток (звездой или треугольником) в слу- чае трехфазного электрического трансформатора;
- режим работы (длительный или кратковременный);
- способ охлаждения (масляный, воздушный).
Принцип действия электрического трансформатора
Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции (рисунок 6.1).
При подаче от источника электрической энергии напряжения
u1 на
первичную обмотку электрического трансформатора в ней возникает ток
i1 , возбуждающий в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф1,
который, пронизывая витки
w1 первичной обмотки, создает в ней напря-
жение u L1 в результате явления самоиндукции.
Согласно закону электромагнитной индукции это напряжение опре- деляется по формуле
| u L1 = w1 ×Ф1' , | ( 6.1) |
где Ф1' = dФ1 / dt – производная магнитного потока по времени.
Если Ф1 = Ф m1 sinwt , то
Ф1' = w ×Ф m1 coswt = w ×Ф m1 sin(wt + 90°).
|
|
|
Следовательно
| u L = U mL1 sin(wt + 90°), 1 | ( |
где U mL1 = w × w ×Ф m1 = w2pfФ m
6.2)
– амплитуда напряжения самоиндук-
ции в первичной обмотке электрического трансформатора.
Действующее значение напряжения u L1 равно
| U = U mL1 = 4,44 × f × w ×Ф . L1 2 1 m | (6.3) |
Во вторичной обмотке в результате явления взаимной индукции
магнитный поток Ф1
торого равно
создает напряжение
u M 2 , действующее значение, ко-
| U М 2 = 4.44 × f × w2 ×Ф m . | (6.4) |
Если к концам вторичной обмотки присоединен приемник электри-
ческой энергии
z2 (рисунок 6.1), то под действием напряжения
u M 2 во
вторичной обмотке потечет ток
i2 , который в свою очередь возбуждает
магнитное поток
Ф2 , направленный согласно закону Ленца противопо-
ложно магнитному потоку Ф1.
В результате результирующий магнитный поток в магнитопроводе
| Ф0 = Ф1 - Ф2 | (6.5) |
уменьшится, что приведет к уменьшению напряжения u L1 .
Однако напряжение
u L1
не может быть меньше определенного зна-
чения, определяемого в соответствии со II законом Кирхгофа
| u1 = u L1 + u LS + u r1 , | (6.6) |
где u LS ,u r1 – напряжения в первичной обмотке, возникающие в результате наличия резистивного сопротивления и магнитного потока рассеяния в этой обмотке.
|
|
|
Таким образом, ток в первичной обмотке возрастает до такого значе-
ния, при котором результирующий магнитный поток Ф0
индуцирует необ-
ходимое значение
u L1 , соответствующее уравнению (6.6) и заданной на-
грузке
z2 .
В установившемся режиме работы электрического трансформатора имеет место соотношение
| i1w1 - i2 w2 = i1x w1 | (6.7) |
где i1w1
i2 w2
– намагничивающая сила первичной обмотки;
– намагничивающая сила вторичной обмотки;
i1x
– ток холостого хода.
Ток
i1x
также называют намагничивающим, так как он определяет
значение результирующего магнитного потока Ф0 .
В связи с вышеизложенным следует, что результирующий (суммар- ный) магнитный поток в магнитопроводе электрического трансформатора в режиме нагрузки равен магнитному потоку первичной обмотки транс- форматора в режиме холостого хода.
Дата добавления: 2021-11-30; просмотров: 42; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!