Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Електричні трансформатори

Лекція 4

Конструкція і фізичні основи трансформаторів. Трансформатори – це статичні електромагнітні апарати, що використовуються для перетворення енергії перемінного струму однієї напруги в енергію перемінного струму іншої напруги при збереженні незмінної його частоти. Такий процес перетворення електроенергії називається трансформацією.

Трансформатор, як правило, складається зі сталевого осердя, що є магнітопроводом, і двох обмоток. Та з обмоток трансформатора, до якої підводиться енергія перемінного струму, називається первинною, а та, від якої енергія передається споживачу – вторинною. Усі величини, що відносяться до первинної обмотки, наприклад, напруга, струм, потужність тощо, називаються первинними, а ті, що стосуються вторинної обмотки – вторинними. Якщо вторинна напруга менше первинного, то трансформатор називається понижуючим, а якщо більше, те підвищувальним. Відповідно до цього розрізняють обмотки високої й низької напруг.

За видом перемінного струму трансформатори розділяються на однофазні, трифазні і багатофазні. За числом обмоток розрізняють трансформатори з двома обмотками та з декількома обмотками, а також трансформатори з відгалуженнями, тобто трансформатори, обмотки яких мають спеціальні відгалуження. Розрізняють також масляні й сухі трансформатори. Перші з метою ізоляції від шкідливого впливу повітря й поліпшення умов охолодження занурюють у бак із трансформаторною олією, другі не занурені в олію.

За призначенням усі трансформатори, які застосовуються у техніці, можна розділити на дві основні групи: 1) силові трансформатори, що служать для передачі й розподілу енергії: 2) спеціальні трансформатори, зокрема,: автотрансформатори, вимірювальні трансформатори, зварювальні тощо.

Основою принципу дії трансформатора є явищі електромагнітної індукції. Якщо первинну обмотку трансформатора підключити до мережі перемінного струму з напругою U1 (рис. 4.1), то у ній буде протікати струм I₁, який створить в осерді перемінний магнітний потік Ф. Під впливом цього потоку в обох обмотках трансформатора будуть ЕРС, що індукується. Якщо при цьому вторинна обмотка буде замкнута, то по ній буде текти перемінний струм I₂. Таким шляхом здійснюється передача енергії з первинної обмотки у вторинну, а отже, і перетворення енергії перемінного струму однієї напруги в енергію перемінного струму іншої напруги.

Рис. 4.1. Схема роботи трансформатора

Миттєві значення ЕРС, що індукуються в обмотках трансформатора, при Ф=Ф_m·sinωt визначаються виразами:

(4.1)

де w1, w2 — число витків відповідно первинної й вторинної обмоток трансформатора;

Е_1т=w_1·ω·Ф_т, Е_2т = w_2·ω·Ф_m — максимальні значення ЕРС обмоток трансформатора.

Переходячи до діючого значенням ЕРС, одержимо:

(4.2)

Відношення ЕРС обмотки високої напруги до ЕРС обмотки низької напруги називається коефіцієнтом трансформації. Наприклад, якщо обмоткою високої напруги є первинна, а обмоткою низької напруги – вторинна, то коефіцієнт трансформації k визначиться наступним співвідношенням:

(4.3)

При роботі трансформатора у не навантаженому режимі, тобто коли у вторинній обмотці струму немає, а в первинній він має невелику силу, можна вважати, що , і тоді , тобто коефіцієнт трансформації дорівнює відношенню напруг на затисках трансформатора.

Співвідношення між струмами обмоток трансформатора під навантаженням визначається виразом:

(4.4)

тобто струми в обмотках обернено пропорційні напругам трансформатора.

Трансформатори можуть працювати у двох основних режимах: у режимі не навантаженого ходу й під навантаженням. В експлуатаційних умовах може мати місце режим раптового короткого замикання.

При роботі трансформатора у не навантаженому режимі на первинну обмотку подається напруга U₁і по ній буде проходити струм I₀ (див. рис. 4.1), а вторинна обмотка розімкнута, і струм у ній дорівнює І₂ = 0. У цьому випадку у вторинній обмотці наводиться ЕРС Е₂,а напруга U₂ витрачається на подолання ЕРС самоіндукції Е₂, ЕРС розсіювання (де L₀₁, x₁ – індуктивність і індуктивний опір первинної обмотки трансформатора), а також на спадання напруги на активному опорі R₁ первинної обмотки трансформатора. Струм I₀ можна представити у вигляді двох складових: активної I_a і реактивної I_p : .Таким чином, рівняння другого закону Кiрхгофа для первинної обмотки в режимі не навантаженого ходу трансформатора запишеться так:

(4.5)

При роботі трансформатора під навантаженням, коли до первинної обмотки підведена напруга U₁ і по ній тече струм I₁ , а вторинна замкнута на зовнішній опір R_нв і по ній тече струм I₂, рівняння електричної рівноваги для обмоток трансформатора запишуться так:

(4.6)

де U₂ – напруга на затисках вторинної обмотки трансформатора: R₂, x₂ – активний і індуктивний опори вторинної обмотки трансформатора.

З метою можливого спільного розгляду процесів в обмотках трансформатора приведемо параметри приведення вторинної обмотки до первинної:

(14.6)

Відповідно до приведених величин вторинної обмотки рівняння струмів і ЕРС перепишуться в такий спосіб:

(14.7)

а) б) в)

Рис. 4.2. Векторні діаграми трансформатора при не навантаженому ході (а),

під навантаженням (б)і його зовнішні характеристики (в)

На підставі рівнянь (4.5) і (4.7) на рис. 4.2 приведені векторні діаграми для випадків не навантаженого ходу й навантаженого трансформатора, а також його зовнішні характеристики. Останні показують характер зміни вторинної напруги.

Основною паспортною характеристикою трансформатора є номінальна повна потужність , що вказується на щитку трансформатора, яка вимірюється у вольт-амперах (В·А) чи кіловольт-амперах (кВ·А).

Відношення активної потужності , яка віддається вторинною обмоткою, до активної потужності , яку отримує первинна обмотка, називається коефіцієнтом корисної дії трансформатора:

(4.8)

де ΔР – сумарні втрати трансформатора, що складаються з втрат у міді обмоток і втрат не навантаженого ходу.

а) б)

Рис. 4.3 Схеми трансформаторів: а – трифазного;

б - автотрансформатора

Трифазні й спеціальні трансформатори.Трифазні трансформатори виготовляються тристержньового типу (рис. 4.3, а). На кожнім стрижні розташовуються первинна й вторинна обмотки однієї фази. Початку обмоток високої напруги позначаються буквами А, В, С, а їхні кінці — буквами X, Y , Z. Початки обмоток низької напруги відповідних фаз позначаються а, b, c, а їхні кінці – х, у, z. Нульові точки позначаються відповідно 0 та о або 0 та 0^'. Обмотки цих трансформаторів з'єднуються зіркою чи трикутником. Головним чином застосовуються чотири групи з'єднань: Y/Y, Y/Y_o ( Y_o – з’єднання зіркою з нульовим проводом) і Y/Δ. У чисельнику зазначене з'єднання обмоток високої напруги, а в знаменнику – низької. До спеціальних трансформаторів відносяться, зокрема, автотрансформатори (мал. 4.3, б) і вимірювальні трансформатори (мал. 4.4). В автотрансформаторі обмотка низької напруги є частиною обмотки високої напруги. Коефіцієнт трансформації автотрансформатора, так само як і в однофазному трансформаторі, дорівнює:

де U₁, U₂, w₁, w₂ – відповідно напруги й число витків первинної й вторинної обмоток автотрансформатора.

Режим не навантаженого ходу автотрансформатора схожий до режиму не навантаженого ходу звичайного трансформатора. У роботі ж автотрансформатора під навантаженням мається принципова різниця у порівнянні зі звичайним трансформатором. Так, потужність , яка підводиться до автотрансформатора, передається у вторинну обмотку частково електромагнітним шляхом і частково електричним шляхом, оскільки обидві обмотки електрично зв'язані.

Рис. 4.4. Вимірювальні трансформатори:

а - трансформатор струму; б — трансформатор напруги

Вимірювальні трансформатори служать для розширення меж електровимірювальних приладів по струму – трансформатори струму (рис. 4.4, а) і по напрузі – трансформатори напруги (рис. 14.4, б). Як трансформатор струму, так і трансформатор напруги складається з феромагнітного осердя й двох обмоток: первинної й вторинний. Первинні обмотки виготовляються на різні значення відповідно струму й напруги, а вторинні обмотки трансформаторів струму — на 5 А і трансформаторів напруги – на 100 В. Співвідношення між первинними й вторинними відповідно струмами й напругами приблизно можна виразити так:

(4.9)

де k_н, k_c – коефіцієнти трансформації трансформаторів струму й напруги відповідно.

Трансформатори напруги практично працюють у режимі не навантаженого ходу, а трансформатори струму – у режимі короткого замикання. При роботі вторинні обмотки трансформаторів заземлюються, завдяки чому підвищується безпека обслуговування.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Активна та повна потужності	\|	Загальні відомості й поняття

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.