Раздел 3. Трансформаторы.
Тема 3.1 Трансформаторы питания.
Трансформатором называют электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки, и предназначенное для преобразования, посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.
По функциональному назначению трансформаторы подразделяются на:
1) Трансформаторы питания (силовые), которые предназначены для преобразования переменного напряжения первичного источника в любое другое значение напряжения, необходимое для нормального функционирования РЭА и ЭВА.
Их подразделяют по мощности на три группы:
-маломощные с выходной мощностью менее 1кВТ и напряжением не более 1000В;
-мощные трансформаторы питания с выходной мощностью более 1кВТ;
- высоковольтные трансформаторы, напряжение на обмотках которых превышает 1000В или обмотки которых находятся под высоким потенциалом.
По частоте делятся на следующие группы:
-трансформаторы пониженной частоты – до 50 Гц;
-трансформаторы промышленной частоты – 50-60 Гц;
-трансформаторы повышенной промышленной частоты – 400-1000Гц;
-трансформаторы повышенной частоты – до 10 кГц;
-трансформаторы высокой частоты – более 10 кГц.
2) Согласующие трансформаторы, которые предназначены для передачи переменных электрических сигналов, несущих полезную информацию, для изменения уровня напряжений (токов) при сохранении мощности и минимальном искажении сигнала. Вместе с активными элементами эти трансформаторы используют в усилителях мощности, используемых для передачи речи и музыки.
3) Импульсные трансформаторы предназначены для того, чтобы под влиянием токов (напряжений), действующих в первичной обмотке, вырабатывать на выходе короткие импульсы заданной формы или трансформировать импульсы с необходимым изменением уровня напряжения и тока.
По числу трансформируемых фаз:
-однофазные;
-трехфазные.
По числу обмоток:
-однообмоточные;
-двухобмоточные;
-многообмоточные.
Принцип действия и схема замещения трансформатора.
Простейший силовой трансформатор, схема которого представлена на рис.3.1, состоит из магнитопровода (сердечника) и двух обмоток, которые имеют разные числа витков изолированного провода.
Обмотка, которая подключается к источнику переменного тока, называется первичной, обмотка, соединяемая с нагрузкой – вторичной.
а)
Рисунок 3.1 – Электромагнитная (а) и электрическая принципиальная (б) схемы трансформатора.
б)
Участки магнитопровода, на которых размещаются обмотки, называются стержнями, остальные участки того же магнитопровода, называются ярами.
В соответствии с законом электромагнитной индукции напряжение, возникающее на конусах витка, пропорционально скорости изменения магнитного потока, пронизывающего этот виток.
Между первичной и вторичной обмоткой связи нет, и мощность передается из одной обмотки в другую электромагнитным путем. Магнитопровод, на котором расположены эти обмотки, служит для усиления индуктивной связи между обмотками.
При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока, в витках этой обмотки протекает переменный ток i1, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф. Замыкаясь в магнитопроводе, этот поток сцепляется с обеими обмотками (первичной и вторичной) и индуцирует в них ЭДС:
в первичной обмотке ЭДС самоиндукции:
e1 = -ω1 (d Ф / d t);
во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции:
e2 = -ω2 (d Ф / d t).
При подключении нагрузки Zн к выводам вторичной обмотки трансформатора под действием ЭДС e2 в цепи этой обмотки создается ток i2, а на выводах вторичной обмотки устанавливается напряжение U2. В повышающих трансформаторах U2> U1, а в понижающих U2< U1.
Обмотка, подключаемая к сети, с более высоким напряжением называют обмоткой высшего напряжения (ВН), обмотку, подсоединяемую к сети меньшего напряжения – обмоткой низшего напряжения (НН).
Трансформатор обладает свойством обратимости, один и тот же трансформатор можно использовать как повышающий, так и понижающий.
Трансформатор – это аппарат переменного тока. Если же через него пропускать постоянный ток, то магнитный поток будет так же постоянным, как по величине, так и по направлению (d Ф / d t) = 0, поэтому в обмотках не будет наводиться ЭДС, а следовательно, электроэнергия из первичной обмотки не будет передаваться во вторичную.
Рисунок 3.2 – Схема замещения трансформатора.
R1 и R2 – сопротивление потерь в обмотках;
L0, R0 – индуктивность и сопротивление потерь в магнитопроводе;
L1 и L2 – индуктивность рассеяния;
Zн – сопротивление нагрузки.
