Принцип действия и схема замещения трансформатора

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 U_2. 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.