Специальные типы трансформаторов
Электрические машины
Трансформаторы.
Устройство и принцип действия
Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте.
Простейший трансформатор состоит из двух катушек (обмоток) – первичной с числом витков w1 и вторичнойс числом витков w2 – положенных на замкнутом ферромагнитном сердечнике (магнитопроводе) (рис.1.6.1.).
Работа трансформатора основана на явлении взаимной индукции. Под действием приложенного к первичной обмотке переменного напряжения U1по ее виткам проходит переменный ток I1. При этом возникает переменный магнитный поток, пронизывающий обе обмотки. При этом в обмотках индуцируются ЭДС:
где f – частота переменного тока, w 1 и w 2–число витков в обмотках, Ф m – амплитуда магнитного потока. Поделив одно равенство на другое, получим:
Где k – коэффициент трансформации. Если цепь вторичной обмотки разомкнута, то можно считать, что U2=E2, а напряжение питающей сети полностью уравновешивается ЭДС первичной обмотки. Тогда коэффициент трансформации можно выразить формулой:
Трансформатор, у которого U2>U1(w2>w1), называется повышающим. Трансформатор, у которого U2<U1(w2<w1), называется понижающим.
Режимы работы трансформатора
Различают три режима работы трансформатора: режим холостого хода, режим короткого замыкания и режим нагрузки.
|
|
|
В режиме холостого хода на первичную обмотку трансформатора подано номинальное напряжение, а вторичная обмотка разомкнута. Под действием приложенного напряжения по первичной обмотке протекает ток холостого хода, не превышающий 4-10% от номинального тока. Так как ток холостого хода довольно мал, то потерями на нагревание обмотки можно пренебречь. Поэтому считается, что все потери происходят в стали сердечника на перемагничивание и вихревые токи. В режиме холостого хода определяется мощность потерь в стали сердечника Pст.хх. Также в режиме холостого хода определяется коэффициент трансформации:
В режиме короткого замыкания на первичную обмотку подается напряжение короткого замыкания (около 5% от номинального), вторичная обмотка замыкается накоротко и напряжение на ней равно нулю. При таком режиме в обмотках трансформатора устанавливаются номинальные токи. Так как напряжение первичной обмотки мало, а вторичной равно нулю, считается, что потерями на перемагничивание и вихревые токи в стали сердечника можно пренебречь. Поэтому можно определить мощность потерь на нагревание меди обмоток Pм.кз.
|
|
|
Рабочий режим трансформатора мы получим в том случае, если к зажимам первичной обмотки приложим номинальное напряжение, а ко вторичной обмотке подключим потребитель, обладающий каким-либо сопротивлением. При изменении сопротивления нагрузки будут изменяться токи первичной и вторичной обмоток, а напряжение на вторичной обмотке будет уменьшаться. Процентное изменение напряжения на вторичной обмотке трансформатора в режиме нагрузки определяется по формуле:
где U 2ХХ – напряжение на вторичной обмотке при холостом ходе, U 2 – напряжение на вторичной обмотке в режиме нагрузки. В современных трансформаторах Δ Uбывает порядка 2-3%.
Коэффициент полезного действия трансформатора можно определить по формуле:
где P2– мощность, отдаваемая вторичной обмоткой в нагрузку, Pст.хх - мощность потерь в стали сердечника при холостом ходе, Pм.кз - мощность потерь на нагревание меди обмоток при коротком замыкании.
Специальные типы трансформаторов
Помимо силовых трансформаторов, предназначенных для питания электрических двигателей и осветительных сетей, различают специальные типы трансформаторов.
Автотрансформаторы представляют собой разновидность трансформаторов, у которой часть витков первичной обмотки используется в качестве вторичной обмотки. Вследствие этого, помимо магнитной связи, существует электрическая связь между первичной и вторичной цепями. В автотрансформаторах при небольших коэффициентах трансформации экономится значительное количество меди. Автотрансформаторы используются для пуска мощных двигателей переменного тока, регулирования напряжения в осветительных сетях, а также в других случаях, когда необходимо регулировать напряжение в небольших пределах.
|
|
|
Измерительные трансформаторы тока и напряжения применяются для подключения измерительных приборов, аппаратуры автоматического регулирования и защиты в высоковольтные цепи. Они позволяют уменьшить габариты измерительных устройств, повысить безопасность обслуживающего персонала, расширить пределы измерений приборов по переменному току и напряжению.
Сварочные трансформаторы при заданной мощности создают большие токи в нагрузке. В процессе сварки возникает электрическая дуга, сопротивление которой меняется, поэтому устройство сварочного трансформатора позволяет при резком уменьшении сопротивления дуги незначительно увеличивать ток и поддерживать количество выделяемой теплоты на требуемом уровне. Сварочный трансформатор выдерживает короткие замыкания, возникающие при сварке. Вторичная обмотка рассчитана на длительное протекание по ней тока короткого замыкания.
|
|
|
Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 38; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!