Общая электротехника Однофазный переменный ток Трехфазные цепи Машины постоянного и переменного тока Трансформаторы и выпрямители Электроника Теория электросвязи Анализ электрических цепей Мощность трехфазной цепи

Примеры выполнения курсовых работ по электротехнике и электронике

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, служащий для преобразования электрической энергии переменного тока с одними параметрами в электрическую энергию с другими параметрами.

Трансформаторы позволяют передавать мощность от источника к приемнику при разных напряжениях и токах. Без учета потерь мощности

S=U1·I1=U2·I2=const, (231)

где U1, I1 – соответственно напряжение и ток первичной обмотки; U2, I2 – соответственно напряжение и ток вторичной обмотки.

Трансформаторы используются для преобразования электрической энергии при передаче ее на расстояния. На электростанции электрическая энергия вырабатывается посредством синхронных генераторов напряжением от 6 до 35 кВ. При передаче такого напряжения на большие расстояния будут большие потери мощности в ЛЭП. Эти потери пропорциональны квадрату тока. Для уменьшения потерь уменьшают силу тока за счет увеличения напряжения. Поэтому на выходе электрической станции устанавливают трансформаторные подстанции, на которых напряжение повышается до величины 750–1150 кВ. Перед населенными пунктами устанавливают понижающие трансформаторные подстанции.

Трансформаторы используются также во вторичных источниках электропитания, в различных электронных схемах.

Принцип действия трансформатора

Трансформатор выполнен на базе замкнутого магнитопровода, собранного из листов электротехнической стали.

На магнитопроводе имеются обмотки. Трансформатор обычно имеет одну первичную и одну или несколько вторичных обмоток. Рассмотрим трансформатор с одной вторичной обмоткой (рис. 107).

 


Рис. 107. Трансформатор с одной вторичной обмоткой

(w1, w2 – число витков первичной и вторичной обмоток соответственно)

Под действием напряжения, приложенного к первичной обмотке, в ней протекает ток I1, создающий основной магнитный поток Ф0, замыкающийся по магнитопроводу. Кроме основного, возникает еще магнитный поток рассеяния ФS1, замыкающийся по воздуху.

Произведение I1w1 является намагничивающей силой первичной обмотки, определяющей величину магнитного потока Ф1.

Таким образом,

.  (232)

Магнитный поток рассеяния ввиду большого сопротивления воздуха очень мал, и им можно пренебречь. В режиме холостого хода магнитный поток рассеяния составляет всего 0,25% от основного потока, поэтому им можно пренебречь и считать, что

Ф1=Ф0. (233)

Основной магнитный поток Ф0 наводит ЭДС самоиндукции в первичной обмотке Е1 и ЭДС взаимоиндукции Е2 во вторичной обмотке:

Е1=4,44f1w1Ф0;  (234)

Е2=4,44f1w2Ф0. (235)

Напряжение, подводимое к первичной обмотке, уравновешивается ЭДС Е1 и падением напряжения в этой обмотке.

,  (236)

где Z1 – полное сопротивление первичной обмотки.

Коэффициент трансформации

. (237)

Трансформатор может работать либо в режиме холостого хода, когда вторичная обмотка разомкнута, либо в нагруженном режиме, когда ко вторичной обмотке подключена нагрузка.

Работа трансформатора в режиме холостого хода

Электрическая схема трансформатора в режиме холостого хода представлена на рис. 108.

В этом режиме

Ф0=Ф1. (238)

Напряжение на вторичной обмотке равно наводимой в этой обмотке ЭДС

U2=E2, (239)

так как без нагрузки падение напряжения во вторичной обмотке равно нулю.

В режиме холостого хода ток первичной обмотки мал и составляет 3–6% от номинального  значения. Причем мень-

   


ший процент относится к более мощным трансформаторам. Поэтому потери напряжения I1Z1 в самой обмотке трансформатора малы, и можно считать, что

U1≈Е1,  (240)

следовательно, в режиме холостого хода коэффициент трансформации можно определить как

. (241)

6.3. Работа трансформатора с нагрузкой

Электрическая схема трансформатора с нагрузкой представлена на рис. 109. Так как вторичная обмотка замкнута на нагрузку, то под действием

 


ков рассеяния первичной и вторичной обмоток), замыкаемый по магнитопроводу,

.  (242)

Увеличение тока нагрузки I2 ведет к увеличению магнитного потока вторичной обмотки. Этот поток по закону Ленца направлен противоположно магнитному потоку первичной обмотки, что приводит к уменьшению ЭДС Е1, но т.к. величина приложенного к первичной обмотке напряжения =const, то произойдет увеличение тока I1 на столько, на сколько его стремится уменьшить ток I2.

 


зочной характеристикой трансформатора (рис. 110).

С увеличением тока нагрузки I2 уменьшается напряжение U2 (см. рис. 110).


Преимущества цифровой обработки сигналов