Режимы работы трансформатора

Принцип действия.

Под действием подведенного к первичной обмотке напряжения по обмотке начинает протекать ток I, которая создает в замкнутом сердечнике магнитный поток Ф1 и в окружающем воздухе магнитный поток Фδ

Этот поток Ф1 по законам электромагнитной индукции наводит к первичной обмотки ЭДС самоиндукции L которое уравновешивает напряжение U1 и во вторичной обмотки наводит ЭДС взаимной индукции L2, которая создает напряжение U2 на выходе этой обмотки. При подключении нагрузки к вторичной обмотке в обмотке протекает ток I2 который образует магнитный поток Ф2 в сердечнике Фδ2 и в воздухе

Магнитные потоки накладываются друг на друга и образуют общий магнитный поток трансформатора

 

Трансформация напряжений

Уравнение электрического состояния идеализированного трансформатора имеет вид

U1=-L1=W1 dФ/dT

U2=L2=-W2 dФ/dT

Соответственно U1/U2=L1/L2=W1/W2=К- коэффициент трансформации

Т.е. трансформаторе происходит масштабное преобразование потоков

Трансформация токов

В трансформаторе происходит Кроме трансформации напряжений такие трансформации токов.

Уравнение связывающее токи первичной и вторичной обмотки можно записать с использованием закона полного тока.

Hm m=i1w1+i2w2

При применении электротехнической стали магнит напряжениями Hm m можно пренебречь, тогда i1w1=-i2w2 i1/i2=w2/w1=1/K (2)

Соответственно трансформация происходит преобразование токов, если премножить (2) на U1/U2=L1/L2=W1/W2=К можно получить S1/S2=U1/U2*I1/I2=K/K=1 т.е в идеализированном трансформаторе происходит передача электрической энергии полностью из первичной во вторичное, хотя обмотки имеют только магнитную связь.

 

Уравнение электрического состояния первичной и вторичной обмоток (рисунок)

В реальном трансформаторе в отличии от идеального учитывается потери от потока рассеивания а также тепловые потери в обмотках. Потери рассеивания можно учесть как ЭДС рассеивания

Е1рас=-jXрас I 1

E2рас=-jXрас I2

ΔUT1=R ₁I₁

ΔUT2=R2T2 тогда уравнение электрического состояния будет иметь вид

Здесь Е1 и Е2 ЭДС основного магнитного потока

при расчете трансформатор представляет собой электрическими схемами замещения, где магнитная связь замещена на электрическую, а сопротивление вторичной обмотки првидены кВ сопротивлении первичной обмотке

U´2=U2K I´2=I2/K

R´2=R2 X´рас2=Храс

Режимы работы трансформатора

Различают 3 режима работы:

1)режим холостого хода: вторичная обмотка отключена от нагрузки ток во вторичной обмотке i2=0, напряжение U2=U2ном, режим используется для определения коэффициента трансформации и потерь мощности в стали

2)режим короткого замыкания: вторичная обмотка замкнута ток i2=max U2=0. Режим используется для определения потерь мощности в меде

3)режим номинальной нагрузки вторичная обмотка подключена к нагрузке имеющее номинальное сопротивление i2=i2ном U2=U2ном режим характерен для работы трансформатора при максимальном КПД

 

Потери мощности в трансформаторе(рисунок)

Передача энергии из первичной обмотки во вторичную происходит посредством магнитного поля интенсивность этой передачи, характеризуется мощностью. При передачи мощности из 1 обмотки в другую неизбежно возникают потери.

Потери могут быть активные и реактивные мощности

ΔРэ1, ΔРэ2--- тепловые электрические потери в (1) (2) обмотке

ΔРм-магнитные потери на явления вихревые токи

Потеря реактивной мощности для создания рабочего потока

Qр1-потеря реактивной мощности на создание потока рассеивания вокруг первичной обмотки

Qр2-вокруг вторичной обмотки

При этом КПД трансформатора составляет 95-99%, что является достаточно высоким показателем.