Трансформаторы
Общие сведения о трансформаторах
Трансформатор для технических целей впервые был применен П.Н. Яблочковым в 1876 году для питания электрических свечей. Широкое применение трансформаторы получили после того, как М.О. Доливо-Добровольским была предложена трехфазная система передачи электроэнергии и разработана конструкция первого трехфазного трансформатора (1891г.)
Под трансформатором понимают статическое (т.е. без движущихся частей) электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины той же частоты.
Трансформатор состоит из двух и более обмоток, электрически изолированных друг от друга и охваченных общим магнитным потоком. Для усиления индуктивной связи и снижения вихревых токов обмотки трансформаторов (кроме воздушных трансформаторов) размещается на магнитопроводе, собранном из листовой электротехнической стали.
Обмотка трансформатора,
соединенная с источником питания, называется первичной. Все величины, относящиеся
к этой обмотке: число витков, напряжения, ток и т.д. - также именуются первичными.
Их буквенные обозначения снабжаются индексом 1, например 
. Обмотка, к которой подключается нагрузка (потребитель
электроэнергии), и относящиеся к ней величины называются вторичными. Они снабжаются
индексом 2. Различают однофазные (для цепей однофазного тока) и трехфазные ( для
трехфазных цепей) трансформаторы. У трехфазного трансформатора первичной или вторичной
обмоткой принято называть соответственно совокупность трех фазных обмоток одного
напряжения.
Основные условные графические обозначения однофазного (1, 2, 3) и трехфазного (4, 5, 6) трансформаторов показаны на рис. 10.1. На щитке трансформатора указывается его номинальное напряжение - высшее и низшее, в соответствии с чем следует различать обмотку высшего напряжения (ВН) и обмотку низшего напряжения (НН) трансформатора. Кроме того, на щитке указывается номинальная полная мощность (В×А или кВ×А), токи (А) при номинальной полной мощности, частота, число фаз, схема соединения, режим работы (длительный или кратковременный) и способ охлаждения (воздушный или масляный).
Если первичное напряжение U1 трансформатора меньше вторичного U2, то он работает как повышающий трансформатор; в противном случае (U1> U2) - как понижающий.
 |
2.Принцип работы однофазных трансформаторов
Принцип работы однофазных трансформаторов рассмотрим по схеме рис.10.2. При действии
источника напряжения 
в первичной обмотке трансформатора, возникает ток 
.
Далее будем пользоваться действующими значениями используемых физических величин.
Ток 
приводит к появлению магнитодвижущей силы первичной обмотки
(10.1)
Магнитодвижущая сила 
возбуждает в магнитопроводе магнитный поток 
причем
. (10.2)
Магнитный поток индуцирует в первичной обмотке трансформатора ЭДС самоиндукции
, а во вторичной обмотке - ЭДС взаимной индукции 
.
 |
Рис. 10.2
Замкнем цепь вторичной обмотки. Под воздействием ЭДС взаимной индукции через нагрузку Z2 потечет ток I2 , возникает магнитодвижущая сила F2, и магнитный поток Ф2 , причем
(10.3)
Для указанных на рис.10.2 направлений намотки обмоток трансформатора и выбранных положительных направлений токов I1 и I2 магнитные потоки Ф1 и Ф2 встречны. Поэтому в магнитопроводе создается результирующий магнитный поток
(10.4)
Этот поток пересекает витки обоих обмоток трансформатора и наводит в них результирующие ЭДС е1 и е2 .
Помимо основного
магнитного потока Ф (по 10.4), в реальном трансформаторе существуют потоки рассеяния
первичной 
и вторичной 
обмоток. Для количественной оценки потоков
и вводят понятие эквивалентной индуктивности
рассеяния так, что
; 
.
Кроме того, обмотки реального трансформатора обладают активными сопротивлениями R1 и R2 .
Чтобы учесть перечисленные величины при анализе работы трансформатора переходят к его схеме замещения (рис.10.3).
Часть схемы, выделенная на рис. 10.3 пунктиром, не имеет активных сопротивлений и потоков рассеяния, а поэтому называется идеализированным трансформатором. К нему применимы все соотношения, полученные в лекции №9. Но для получения простых и наглядных соотношений параметров трансформатора необходимо проделать еще одну трудность.