От чего зависит магнитный поток трансформатора

Магнитный поток в трансформаторах

Сухие, тороидальные и масляные трансформаторы работают по принципу магнитной индукции, которая позволяет им преобразовывать ток одной величины в другую.

Принцип формирования магнитного потока

Магнитная индукция непосредственно связана с формированием магнитного потока на первичной обмотке трансформатора. Рассмотрим этот процесс подробнее.

После подключения первичной обмотки к источнику переменного тока, по ней начинает протекать электрический ток, который создает магнитное поле. Обмотка обычно представляет собой медную проволоку, с помощью которой обматывается магнитный сердечник. Образующиеся магнитные линии пронзают витки не только первичной, но и вторичной обмоток.

Часть из них замыкается в немагнитной среде, формируя рассеивающий поток на первичной обмотке. Рассеивающий поток пронизывает исключительно первичную обмотку, поэтому не используются для трансформации электроэнергии.

Когда вторичная обмотка подключается к приемнику питания, то по ней начинает протекать иной ток, формирующий собственное магнитное поле. Магнитный поток пронзает обе обмотки. Часть магнитных линий также замыкается в немагнитной среде, формируя рассеивающий поток вторичной обмотки, который сцеплен только с ее витками.

Потоки рассеяния

Потоки рассеяния первичной и вторичной обмоток трансформатора ТМП и других разновидностей в сравнении с основным магнитным потоком значительно ниже, поскольку замыкаются через изоляцию и сталкиваются с высоким сопротивлением. Основной поток замыкается в стальном сердечнике и поэтому встречает на пути низкое сопротивление.

Величина рассеивающих потоков на обеих обмотках приблизительно равная. Оба потока сдвигаются по фазе на угол, равный 180°.

Если рассматривать активную нагрузку, то:

Рассеивающие потоки обмоток будут представлять по форме синусоиды с одинаковыми амплитудами, но расположенные в противофазе.
Той же синусоидой изображается основной магнитный поток, который относительно синусоид рассеивающего потока сдвигается на четверть периода.

Амплитуда основного потока существенно выше рассеивающих.

От чего зависит магнитный поток трансформатора?

Магнитный поток трансформатора зависит от тока насыщения (ток холостого хода трансформатора) железа трансформатора.

Остальные ответы

где этот поток? в сердечнике или вне его? пиши конкретно и правильно

От тока обмоток.

Похожие вопросы

Ваш браузер устарел

Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.

3.1.5. Магнитный поток в трансформаторе

Магнитный поток определяется величиной приложенного напряжения и практически в первом приближении не зависит от нагрузки:

При появлении тока создается намагничивающая сила. Согласно принципу Ленца эта сила должна уменьшать основной магнитный поток, однако этого не происходит, поскольку увеличение токавызывает увеличение токаровно настолько, чтобы скомпенсировать размагничивающее действие тока вторичной обмотки.

3.1.6. Уравнение намагничивающих сил (НС)

В режиме холостого хода имеем – ток холостого хода.намагничивающая сила равна .

В режиме нагрузки имеем . Намагничивающая сила трансформатора под нагрузкой равна.

Поскольку магнитные потоки в обоих режимах одинаковы, то одинаковы и возбуждающие их намагничивающие силы:

где – приведенный ток вторичной обмотки. Он показывает, какое влияние оказывает ток вторичной обмотки на ток первичной обмотки.

Основные уравнения работы трансформатора:

3.1.7. Приведённый трансформатор

Приведенный трансформатор – это трансформатор, который оказывает на цепь такое же влияние, как реальный трансформатор, но коэффициент трансформации его равен единице.

Приведенный трансформатор имеет приведенные (скорректированные) параметры .

Из определения приведенного трансформатора имеем

;

, т.е. ;

т.е. ;

3.1.8. Схема замещения трансформатора

Схема замещения необходима для того, чтобы можно было рассчитать цепь, содержащую трансформатор. Схема приведённого трансформатора с идеализированными обмотками приведена на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Cхема трансформатора (а) и T-образная схема замещения

трансформатора (б)

Поскольку Е₁=, то потенциалы точек а₁ и а₂, b₁ и b₂ равны и их можно соединить (рис. 3.2, а). В результате получим Т-об-разную схему замещения трансформатора (рис. 3.2, б), где R₀ – X₀ – цепь намагничивания, которая учитывает наличие основного магнитного потока и потери мощности в сердечнике.

Вследствие малости тока намагничивания I₀ цепью намагниченности можно пренебречь. Тогда получим упрощенную схему замещения (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Упрощенная схема замещения трансформатора

3.1.9. Уравнение электрического равновесия

и векторная диаграмма упрощённой схемы

замещения (рис. 3.4)

Рис. 3.4. Векторная диаграмма

упрощенной схемы замещения

По второму закону Кирхгофа для упрощённой схемы замещения имеем

3.1.10. Потери напряжения на обмотках

Потери напряжения для приведенного трансформатора ; напряжение холостого хода;.

Анализируя векторную диаграмму упрощенной схемы замещения, имеем

, так как мал;;

; ;

; .

3.1.11. Внешняя характеристика трансформатора

Характеризует трансформатор как источник электрической энергии (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Внешняя характеристика

а основании выражения

3.1.12. Потери мощности и кпд трансформатора

(рис. 3.6)

Мощность на выходе трансформатора Р₂ отличается от мощности на входе Р₁ на величину потерь Р: ;

Рис. 3.6. К определению КПД трансформатора

где – потери мощности в меди, равные;– потери мощности в стали, равные.

(до 0,99).

Введем коэффициент загрузки , тогда

;

3.1.13. Опыты холостого хода и короткого замыкания

Служат для определения потерь , параметров схемы замещения R₀, X₀, R_k, X_k, коэффициента трансформации.

Опыт холостого хода (рис. 3.7). С помощью приборов определяем . Так как мал, а, то потери на нагрев обмоток малы, следовательно,.

Рис. 3.7. Схема опыта холостого хода (а) и схема замещения трансформатора в режиме холостого хода (б)

Опыт короткого замыкания (рис. 3.8) проводится при пониженном напряжении .

По приборам определяем . Так как мало, следовательно, Ф мал и потерями в стали можно пренебречь: .

Рис. 3.8. Схема опыта короткого

ля упрощенной схемы замещения имеем

Для Т-образной схемы замещения получаем

Намагничивающий ток и ток холостого хода

Намагничивающий ток. Величина и форма тока холостого хода определяются магнитным потоком трансформатора и «свойствами его магнитной системы. Выше показано, что магнитный поток изменяется во времени синусоидально: Ф = Фmsinωt, а его амплитуда определяется ЭДС:

Так как при холостом ходе ЭДС практически равна напряжению, то значение магнитного потока определяется напряжением первичной обмотки, ее числом витков и частотой.

Свойства магнитной системы трансформатора описываются в основном магнитной характеристикой, представляющей собой графическое изображение зависимости магнитного потока Ф от МДС трансформатора F или намагничивающего тока Iμ, пропорционального МДС. Свойства электрических машин часто изображаются графически, так как многие зависимости, и в первую очередь магнитная характеристика, имеют весьма сложное аналитическое выражение.

Магнитная характеристика трансформатора, как и других машин переменного тока, дает связь между амплитудными или мгновенными значениями потока и МДС. Зависимость потока от тока можно получить экспериментально или расчетно. При проектировании последний путь является единственным. Магнитную цепь трансформатора рассчитывают на основе закона полного тока. Дня замкнутого контура магнитной цепи однофазного трансформатора (см. рис. 2.1) имеем

где Fст = Нстlст, Fя = Hяlя, F3 = H3l3 — магнитные напряжения в стержнях, ярмах и стыках, Нст, Няи Нз — напряженности магнитного поля на этих участках магнитной системы, Iст, Iя и 1з — средние длины магнитных линий.

Напряженности магнитного поля Нст и Ня определяют в зависимости от магнитных индукций в стержнях и ярмах по экспериментальным данным для электротехнических сталей, из которых выполнены эти участки магнитной цепи.

Для примера в табл. 2.1 показана зависимость Н=f(B) для электротехнической холоднокатаной стали марки 3413 при постоянном токе и переменном токе частотой 50 Гц.

В расчетных участках магнитопровода магнитная индукция В = Ф/S, где S — площадь поперечного сечения данного участка магнитопровода. Длину магнитной линии принимают равной средней длине данного участка (стержня или ярма).

Для магнитопровода, собранного «впереплет» (см. рис. 2.5), зазор между стыками листов составляет около 0,5 мм. Однако конструктивно каждый стык перекрывается листом стали, и в зазоре между стержнем и ярмом магнитный поток частично замыкается по воздуху, а частично по стали. Поэтому магнитное напряжение Нз1з в стыках определяют по заводским экспериментальным данным, полученным для трансформаторов, сходных по конструкции и технологии изготовления.

Рис. 2.23. Магнитная характеристика трансформатора и построение кривой намагничивающего тока

Задаваясь значениями магнитного потока 25, 50, 75, 100 и 125% от номинального значения, определяют индукции на отдельных участках, по которым находят напряженности магнитного поля Hст, Hя, и Нз, а затем по формуле (2.16) — МДС, соответствующую выбранному значению магнитного потока. По полученным точкам строят магнитную характеристику трансформатора Ф=f(F). Отличительной особенностью этой кривой (рис. 2.23, а) является то, что в ней практически отсутствует начальный линейный участок, типичный для других электрических машин.

Величину и форму кривой намагничивающего тока трансформатора легко определить графически (рис. 2.23,6). В левом верхнем квадранте изображена синусоидальная кривая изменения магнитного потока во времени, а в правом верхнем — кривая намагничивания трансформатора, в которой МДС заменена пропорциональным ей током iμ = F/w1.

В правом нижнем квадранте показана искомая зависимость изменения во времени намагничивающего тока. Чтобы построить ее по кривой намагничивания для моментов времени 0, 1, 2, 3, 4, 5 и 6, определяют значения намагничивающего гока iμ, соответствующие мгновенным значениям магнитного потока. Эта кривая несинусоидальна, так как зависимость между током iμ и потоком Ф нелинейна. Чем сильнее насыщение магнитной системы, тем больше выражена несинусоидальность намагничивающего тока.

Для примера на рис. 2.24, а, б и в показаны графики намагничивающего тока реального трансформатора при трех различных значениях магнитного потока, которым соответствуют максимальные индукции Вm = 1,0; 1,4 и 2,0 Тл. Из графиков видно, что с увеличением индукции резко возрастает амплитуда намагничивающего тока и содержание высших гармонических, из которых наиболее ярко выражены третья и пятая.

Рис. 2.24. Кривые намагничивающего тока при различных значениях индукции в магнитопроводе

Амплитуда третьей гармонической iμ3 при Вm = 1,0 Тл составляет еколо 21% от амплитуды основной гармонической; при Вm = 1,4 она увеличивается до 27,5 %, а при Вm = 2,0 — до 69 %. Аналогично увеличивается пятая гармоническая iμ— соответственно 5,34, 11,5 и 35,5%.

Действующее Значение намагничивающего тока

I2μ1 + I2μ3 + I2μ5 + I2μ7+