Укажите параметр который определяется отношением w1 w2
Перейти к содержимому

Укажите параметр который определяется отношением w1 w2

  • автор:

Электрические трансформаторы

К сожалению, здесь только текст без рисунков и формул.
Лекция «Электрические трансформаторы»с рисунками и формулами можно найти, если перейти по ссылке Электрические машины, размещенной в конце моей страницы Прозы.ру.

Лекция 1.
§1 Основные сведения о трансформаторах
П1 Принципиальное устройство трансформатора

Трансформатор — это статический электромагнитный преобразователь электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения.
Простейший трансформатор представляет собой совокупность двух изолированных, магнитно-связанных обмоток. Как правило, магнитная связь обмоток обеспечивается за счет расположения обмоток на общем ферромагнитном магнитопроводе. (1) Рисунок 1.

Рис.1 Простейший трансформатор с магнитопроводом
Одна из обмоток, включенная в цепь источника электрической энергии, носит название первичной обмотки. Вторая, от которой энергия отводится к присоединенному приемнику, называется вторичной обмоткой. Соответственно первичными или вторичными называются параметры режима, характеризующие работу этих обмоток. (2) Трансформатор, в магнитной системе которого создается однофазное магнитное поле, называется однофазным трансформатором. У многообмоточных однофазных трансформаторах вторичных обмоток бывает несколько. Трансформатор, в магнитной системе которого создается трехфазное магнитное поле, называется трехфазным трансформатором .
П2 Принцип действия трансформатора
Принцип действия трансформатора рассмотрим на примере простейшего трансформатора с числом витков первичной обмотки w1 и вторичной w2.
Для простоты картины магнитное сопротивление магнитопровода ,будем считать постоянным, а потоки рассеяния , и активное сопротивление обмоток нулевыми. Трансформатор с такими свойствами называется идеальным трансформатором.
Для него собственные и взаимная индуктивности обмоток будут выражаться формулами : при максимально возможном, равном единице, коэффициенте магнитной связи (3)
Будем считать что к первичной обмотке электрическая энергия поводится от источника синусоидального напряжения с неизменным действующим значением U1, а к вторичной обмотке присоединен линейный резистор с сопротивлением . (Рисунок 1)
Обозначив индуктивные сопротивления цепи , и применив радиотехническую разметку выводов ,запишем уравнения по второму закону Кирхгофа для контуров первичной и вторичной обмоток.

Отсюда имеем (1)
Анализируя формулу (1) можно убедиться, что ток первичной обмотки трансформатора зависит не только от параметров обмоток, но и от сопротивления нагрузки. Только в том случае , когда ко вторичной обмотке не подключен приемник и тока нет, эквивалентное сопротивление трансформатора равно сопротивлению х1 первичной обмотки.( 4) Так как , обычно, при работе трансформатора под нагрузкой r ЭДС, индуктируемые в обмотках трансформатора переменным магнитным потоком , определяются совместным действием токов первичной и вторичной обмоток.

В идеальном трансформаторе напряжение первичной обмотки U1
полностью уравновешивает ЭДС Е1 от результирующего магнитного потока . Если напряжение первичной обмотки неизменно , то должна быть неизменной величина результирующего магнитного потока. Следовательно, при изменении нагрузки трансформатора потоки должны изменяться так, чтобы их результирующее действие (поток ) оставался неизменным. (5)
Если вторичная обмотка трансформатора разомкнута , то переменный магнитный поток вызывается магнитодвижущей силой F0=I0w1,обусловленной током холостого хода I0 . В обмотках трансформатора переменным магнитным потоком индуцируются электродвижущие силы и .
Действующие значения этих ЭДС

Так как в идеальном трансформаторе падения напряжения отсутствуют, то
первая из них уравновешивает напряжение источника U1= -E1 , а вторая вызывает напряжение U2 =E2 на зажимах вторичной обмотки. Отсюда следует, что и напряжения на обмотках идеального трансформатора пропорциональны числу витков обмоток.
(6)
В тех случаях, когда напряжение вторичной обмотки больше напряжения первичной, трансформатор называют повышающим. В противоположном случае, называют понижающим. Отношение напряжения на обмотке высшего напряжения к напряжению на обмотке низшего называют коэффициентом трансформации.
В предположении линейности магнитных характеристик магнитопровода, с учетом равенств следует:

Результирующая магнитодвижущая сила первичной и вторичной обмоток равна произведению тока холостого хода на число витков первичной обмотки. Это равенство носит название уравнения магнитодвижущих сил.
В номинальном режиме работы трансформатора I1>>I0 отсюда (7)
П3 Физические явления в трансформаторе
Из-за нелинейности магнитных характеристик магнитопроводов, наличия магнитного рассеяния и необходимости учета резистивных сопротивлений обмоток, картина физических явлений в трансформаторах значительно сложнее, чем та, что рассмотрена в предыдущем пункте.
Из-за нелинейности магнитной характеристики магнитопровода нельзя оперировать понятиями собственных и взаимной индуктивностей обмоток , так как эти величины изменяются в процессе нагрузки и не могут считаться параметрами трансформатора.
При анализе явлений в трансформаторе с нелинейным магнитопроводом приходится искусственно расчленять магнитное поле трансформатора на три составляющих. Первая из них — основное поле, которому сопоставлена расчетная величина — основной поток , соответствующий линиям магнитной индукции, целиком замыкающимся в теле магнитопровода и сцепленными со всеми витками первичной и вторичной обмотки трансформатора . (8) Как было показано в лекции «Катушки с магнитным сердечником», из- за явления гистерезиса и вихревых токов в магнитопроводе эквивалентная синусоида тока первичной обмотки опережает по фазе синусоиду магнитного потока на угол магнитного запаздывания. Вторая и третья составляющие — поля рассеяния, которым сопоставлены расчетные величины синусоидально изменяющиеся в фазе со своим током потоки рассеяния первичной и вторичной обмоток трансформатора. Этим потокам соответствуют те линии магнитной индукции, связанные с первичной или вторичной обмотками, которые , хотя бы частично, выходят за пределы магнитопровода. (9) Вместо потоков рассеяния чаще используют понятия потокосцеплений рассеяния и первичной и вторичной обмоток трансформатора.
При анализе явлений в реальном трансформаторе учитывают активное сопротивление его обмоток r1 и r2 , а также явление гистерезиса и вихревых токов.
П4 Эквивалентная схема и уравнения трансформатора
Синусоидально изменяющийся основной магнитный поток, амплитудой , индуцирует в первичной и вторичной обмотках трансформатора электродвижущие силы. Действующие значения этих ЭДС определяются формулами
(10)
Так как поля рассеяния замыкаются по воздуху, то потокосцепления рассеяния считают линейно зависящими от тока, и вводят для них понятие индуктивности рассеяния и . Тогда имеем:
.
Величины носят название индуктивных сопротивлений рассеяния первичной и вторичной обмоток.
Усовершенствуем эквивалентную схему трансформатора, рассмотренного в пункте 2 настоящего параграфа, добавив резистивные сопротивления и индуктивные сопротивления рассеяния обмоток.

Рис.2 Идеализированная схема работы трансформатора
На рисунке 2 представлена двухконтурная эквивалентная схема трансформатора учитывающая потоки рассеяния и резистивные сопротивления обмоток. (11)
Закон Кирхгофа для контуров первичной и вторичной обмоток будут иметь вид

Эти уравнения в теории трансформаторов носят названия уравнений ЭДС
Уравнения ЭДС вместе с приведенными в пункте 2 уравнениями МДС

называют уравнениями трансформатора.
Вопросы для самоконтроля.
1. Что представляет собой простейший электрический трансформатор?(1)
2. Какие параметры режима работы трансформатора называются первичными а какие — вторичными? (2)
3. Какой трансформатор называют идеальным?(3)
4. В каких случаях эквивалентное сопротивление трансформатора равно сопротивлению первичной обмотки? (4)
5. В каких случаях остается неизменной величина результирующего магнитного потока трансформатора? (5)
6. Как связаны первичное и вторичное напряжение на зажимах идеального трансформатора? (6)
7. Как связаны первичный и вторичный ток на зажимах идеального трансформатора? (7)
8. Какую часть магнитного поля трансформатора относят к основному полю? (8)
9. Что называют потоками рассеяния (9)?
10.Как связаны ЭДС обмоток с максимальным значением основного магнитного потока трансформатора? (10)
11.Какие элементы эквивалентной схемы трансформатора учитывают потоки рассеяния? (11)
§2 Эквивалентная схема и векторная диаграмма приведенного трансформатора
П1 Приведенный трансформатор
Построение векторных диаграмм для трансформатора с сильно отличающимися числами витков первичной и вторичной обмоток представляет значительные неудобства. По этому для целей анализа процессов происходящих в трансформаторе рассматривают так называемый приведенный трансформатор. У приведенного трансформатора все потери энергии в различных частях трансформатора, также как потребляемая и отдаваемая энергия такие же, как и у исходного. Число витков вторичной обмотки приведенного трансформатора равно числу витков первичной обмотки исходного трансформатора. . Если исходный трансформатор понижающий, то и основная ЭДС
в приведенной вторичной обмотке увеличится в раз до величины основной ЭДС первичной обмотки.
(1)
При этом приведенный ток вторичной обмотки уменьшится в раз по сравнению с током вторичной обмотки исходного трансформатора.
(2)
Для того чтобы потери во вторичной обмотке, и получаемая приемником энергия которые зависят от тока в квадрате, сохранились неизменными, необходимо, чтобы в квадрате увеличились сопротивления приведенной вторичной обмотки и сопротивления приемника.
(3)
В результате изменения приведенного тока вторичной обмотки и ее числа витков изменится вид уравнения МДС
. Следовательно,

Комплексный ток холостого хода I0 , равен сумме комплексных токов обмоток приведенного трансформатора.
П2 Эквивалентная схема приведенного трансформатора
Модернизируем эквивалентную схему трансформатора, рассмотренную в пункте 4 предыдущего параграфа, с учетом возможностей, представляемых приведением числа витков вторичной обмотки к первичной.
Как и в предыдущем случае, резисторы r1 и r21 учитывают резистивные потери в обмотках трансформатора. Идеальные катушки Ls1 и L1s2 , реактивными сопротивлениями x1 и x21 , учитывают потоки рассеяния. Резистивные потери в обмотках трансформатора принято называть потерями в меди.
, , (4)
Так как в приведенном трансформаторе то имеется возможность объединения двух магнитно-связанных контуров в электрически связанную цепь. Рисунок 3. В ней, вместо двух одинаковых, идеальных, нелинейных катушек (с одинаковым числом витков w1, и токами ) существует одна такая катушка, с ЭДС , обтекаемая током .
Этому току соответствует магнитодвижущая сила создающая основной магнитный поток , который индуцирует в катушке w1 указанную ЭДС . (рис. 3а)

Рис.3 Схемы замещения трансформатора
Заменим обмотку с ЭДС катушкой с ферромагнитным сердечником, имеющей индуктивное сопротивление и обтекаемой током ,. Получим схему замещения трансформатора (рис. 3 б). Потери за счет перемагничивания материала ферромагнитного сердечника называют потерями в стали . Как это делалось в лекции «Катушки с ферромагнитным сердечником», учтем магнитные потери резистором . (Рис. 3в)
. (3)
Ток через катушку L0, соответствующий реактивной составляющей тока холостого хода, называется намагничивающим током . Обычно, активная составляющая тока холостого хода не превышает 10 процентов, поэтому намагничивающий ток весьма мало отличается от тока холостого хода , и на практике их часто не различают, тем более, что сам ток холостого хода не превышает единиц процентов от номинального первичного тока. Напряжение U0 на намагничивающем контуре равно основным электродвижущим силам трансформатора .

П3 Векторная диаграмма холостого хода приведенного трансформатора
Рассмотренной в пункте 2 настоящего параграфа эквивалентной схеме соответствует векторная диаграмма холостого хода приведенного трансформатора (рисунок 4). Принято вектор комплексной плоскости, изображающий эквивалентную синусоиду основного магнитного потока Ф0 , располагать вдоль оси абсцисс и от него ориентировать остальные векторы векторной диаграммы. Электродвижущая силы равные друг отстает от на угол .

Рис 4 Векторная диаграмма холостого хода трансформатора
Вектор тока холостого хода опережает вектор основного магнитного потока на угол магнитного запаздывания. Реактивная составляющая этого тока, то есть намагничивающий ток совпадает по направлению с вектором основного магнитного потока, а активная составляющая ему перпендикулярна.(6) Дальнейшие построения векторной диаграммы будем проводить, ориентируясь на первое уравнение ЭДС приведенного трансформатора, при токе первичной обмотки равному току холостого хода

Вектор опережает вектор основного магнитного потока на угол .
Из конца этого вектора параллельно вектору тока холостого хода отложим вектор и далее, перпендикулярно ему вектор падения напряжения на сопротивлении рассеяния первичной обмотки . Результирующим вектором будет вектор напряжения на первичной обмотке трансформатора. Угол между вектором тока холостого хода и вектором напряжения на зажимах первичной обмотки обозначим как угол .
Активная мощность трансформатора на холостом ходе равна
(7)
Реактивная мощность имеет две составляющие. Первая идет на образование основного магнитного потока , а вторая — на образование потока рассеяния первичной обмотки . Очевидно, что . (8)
Вопросы для самоконтроля.
1.Как определяют параметры режима вторичной обмотки приведенного трансформатора? (1,2)
2. Как определяют параметры вторичной обмотки и нагрузки для приведенного трансформатора? (3)
3. Какие потери называют потерями в меди и как они рассчитываются? (4)
4. Какой элемент эквивалентной схемы трансформатора учитывает потери в стали? (5)
5. Как определяют величину угла магнитного запаздывания? (6)
6. Как определяют активную мощность трансформатора в режиме холостого хода? (7)
7. Какие две составляющие имеет реактивная мощность трансформатора в режиме холостого хода? (8)

§3 Характеристики трансформаторов.
П1 Характеристики холостого хода трансформатора
Характеристиками холостого хода называют зависимость тока и мощности в режиме холостого хода от напряжения на первичной обмотке трансформатора. (1)
При малых значениях напряжения ( до 0,2-0,3 UН) на первичной обмотке трансформатора, соответствующих не насыщенному участку магнитной характеристики магнитопровода, и постоянству его магнитного сопротивления, зависимость тока холостого хода от напряжения носит линейный характер. Далее до значений напряжения 0,8 UН магнитное сопротивление и ток начинают расти быстрее, чем по линейному закону. При больших напряжениях , соответствующих участку насыщения магнитной характеристики, магнитное сопротивление сильно увеличивается, вызывая пропорциональное увеличение тока холостого хода. Зависимость мощности холостого хода от напряжения носит параболический характер, так как потери в стали и меди можно считать зависящими от напряжения в квадрате. (2) (Рисунок 5 )

Рис 5. Характеристики холостого хода трансформатора
При номинальном напряжении на первичной обмотке трансформатора проводят опыт холостого хода, снимая значение первичного тока и потребляемой активной мощности . Как будет показано далее, полученные данные используют для определения параметров эквивалентной схемы.
П2 Работа трансформатора под нагрузкой(3)
Работу трансформатора под нагрузкой проанализируем с помощью векторной диаграммы ( рисунок 6 ).
Векторы основного магнитного потока, электродвижущих обмоток, тока холостого хода построим также как на векторной диаграмме для режима холостого хода. Считая, что эквивалентный приемник, подключенный к вторичной обмотке приведенного трансформатора, описывается параметрами x1 и r1, определим угол сдвига между векторами вторичного тока и основной ЭДС вторичной обмотки.

Отложим вектор вторичного тока отстающим на этот угол от ЭДС . Так как , то поместим начало вектора к концу вектора . Результирующий вектор развернут на угол от вектора , вывернутого на 180 градусов вектора основной ЭДС первичной обмотки трансформатора.

Рис.6 Векторная диаграмма работы трансформатора под нагрузкой
Пристроим к вектору , коллинеарный с вектором первичного тока, вектор , падения напряжения на резистивном сопротивлении первичной обмотки, а к нему пристроим вектор падения напряжения на сопротивлении рассеяния . Результирующим вектором будет вектор напряжения на первичной обмотке трансформатора, опережающий вектор первичного тока на угол .
Вектор ЭДС вторичной обмотки является суммой трех векторов: коллинеарного с током вторичной обмотки вектора падения напряжения на резисторе r2, перпендикулярного к ним вектора падения напряжения на сопротивлении рассеяния вторичной обмотки и вектора вторичного напряжения трансформатора.
Векторная диаграмма позволяет анализировать, как изменение нагрузки трансформатора, то есть параметры r1 и x1 и определяемые ими вторичный ток, влияют на параметры режима работы трансформатора первичный ток, первичную мощность, коэффициент мощности, кпд и напряжение на нагрузке. Например: уменьшение параметров и вызывает увеличение тока , при почти неизменном намагничивающем токе. Направление вектора зависит от соотношения между сопротивлениями и . Увеличение вызовет соответствующее увеличение тока и мощности первичной обмотки и изменение коэффициента мощности трансформатора и его кпд., Из-за увеличения падения напряжения на первичной и вторичной обмотках, напряжение на нагрузки уменьшится.
Характерной особенностью работы трансформатора во всех рабочих режимах, от холостого хода до допустимых перегрузок при неизменном питающем трансформатор напряжении, является неизменность основного потока Ф , а , значит , и неизменность тока I0 и его составляющих IM и IA.
П3 Характеристики короткого замыкания
Характеристиками короткого замыкания называют зависимости первичного тока и мощности трансформатора от первичного напряжения, снятые в условиях короткого замыкания вторичной обмотки. Различают аварийные (эксплуатационные) короткие замыкания и испытательные короткие замыкания. В режиме короткого замыкания при испытаниях трансформатора, номинальный ток достигается уже при весьма малых напряжениях первичной обмотки. Поэтому, магнитная цепь трансформатора не насыщена и потерями в стали можно пренебречь.(4) Напряжение, при котором в режиме короткого замыкания достигается номинальный ток обмоток, называется напряжением короткого замыкания. Для трансформаторов средней мощности напряжение короткого замыкания составляет 3-5 процентов номинального. Потери в стали оказываются меньше, чем в номинальном режиме, в сотни раз. Из-за линейности магнитной характеристики зависимость первичного тока от первичного напряжения линейна. Можно считать, что в этом режиме все потери в трансформаторе определяются потерями в меди. Так как потери на нагревание обмоток зависят от напряжения в квадрате, то зависимость мощности трансформатора от первичного напряжения имеет параболический характер. (5)
Из опытов холостого хода ( ) и короткого замыкания ( )возможно определение параметров эквивалентной схемы трансформатора:
, . Определив = и сопротивления первичной и вторичной обмоток постоянному току, рассчитаем .
Далее и
П4 Внешняя характеристика трансформатора
Арифметическая разность между вторичным напряжением при холостом ходе и вторичном напряжении, при фиксированном токе нагрузке и заданном коэффициенте мощности, называется изменением напряжения трансформатора (6)
Обычно эту величину выражают в процентах от вторичного напряжения при холостом ходе.
Если пренебречь током холостого хода, представляющим незначительную величину, то на эквивалентной схеме (рисунок 3 ) этому будет соответствовать обрыв намагничивающего контура с током I0 . Векторная разность между ,являющимся в данных условиях напряжением холостого хода вторичной обмотки приведенного трансформатора и напряжением на вторичной обмотке при некотором токе нагрузки будет определяться формулой
Проекция этого вектора на вектор напряжения определит абсолютную величину изменения напряжения вторичной обмотки. (Рис.7 а)
Так как , то имеется возможность установить зависимость вторичного напряжения от тока нагрузки и коэффициента мощности трансформатора.
Зависимость вторичного напряжения от тока нагрузки в условиях постоянства первичного напряжения и коэффициента мощности называется внешней характеристикой трансформатора. (7б )

Рис.7 Внешние характеристики трансформатора

На рисунке 7 представлена внешняя характеристика трансформатора, имеющая три процента изменения напряжения при номинальном токе нагрузки и коэффициенте мощности, равном единице и внешняя характеристика при индуктивной нагрузке.
П5 Коэффициент полезного действия трансформатора
Под коэффициентом полезного действия трансформатора понимают отношение отдаваемой трансформатором мощности к подведенной мощности

В номинальном режиме, потери в трансформаторе рассчитывают, как сумму потерь в режиме короткого замыкания (с номинальным током обмоток), и в режиме холостого хода ( с номинальным напряжением первичной обмотки).
(8)
В режиме с произвольным током нагрузки и номинальным напряжением первичной обмотки потери в стали считают равными потерям холостого хода при номинальном напряжении. Так как ЭДС и индукция в магнитопроводе, при изменении нагрузки, мало отличается от номинального значения, то, обычно, потери в стали считают независящими от нагрузки, постоянными потерями. А потери в меди считаю равными потерям короткого замыкания при данном токе нагрузки = , зависящими от нагрузки в квадрате. Так как потери на нагревание обмоток зависят от напряжения в квадрате, то потери в меди называют переменными потерями и рассчитывают с помощью коэффициента нагрузки по формуле
Обычно кпд трансформатора определяют косвенным методом по известным потерям в режимах короткого замыкания и холостого хода.
. (9)
Потребляемую мощность с помощью коэффициента нагрузки определяют как:
Отсюда, =
=1-
Взяв производную кпд по току трансформатора и приравняв ее нулю, можно видеть, что экстремум функции достигается, когда постоянные потери равны потерям, зависящим от тока в квадрате. Таким образом:
Максимум кпд соответствует равенству постоянных и переменных потерь. (10)
Обычно, трансформатор проектируют таким образом, чтобы равенство постоянных и переменных потерь достигалось в номинальном режиме работы. Поэтому эксплуатация трансформаторов с недогрузкой сопровождается ухудшением кпд трансформатора.
Вопросы для самоконтроля.
1.Какие характеристики называют характеристиками холостого хода трансформатора?(1) Какой вид они имеют? (2)
2. Постройте векторную диаграмму трансформатора под нагрузкой.(3)
3. Какими потерями можно пренебречь в режиме короткого замыкания трансформатора? (4)
4.Какой вид имеет характеристика короткого замыкания трансформатора? (5)
5. Что называют изменением напряжения трансформатора? (6)
6.Что называют внешней характеристикой трансформатора? (7)
7. Как определяют кпд трансформатора по опытам холостого хода и короткого замыкания? (8,9)
8. Назовите условие максимума кпд трансформатора (10)
§4 Специальные трансформаторы
П1 Назначение и особенности конструкции трехфазных трансформаторов
Трехфазные трансформаторы предназначены для преобразования напряжения в трехфазных цепях. Существует три основных конструктивных типа трехфазных трансформаторов: трансформаторная трехфазная группа из трех однофазных трансформаторов, пространственно симметричные трехфазные трансформаторы и трех стержневые одноплоскостные трансформаторы (1) (рис.8).

Рис 8.Трехстержневой одноплоскостной трансформатор

Магнитопровод однофазного трансформатора представляет собой простейшую одноконтурную конструкцию из двух вертикальных (стержень) и двух горизонтальных (ярмо) простых участков магнитной цепи. Объединим три вертикальных простых участков в один центральный стержень магнитопровода, расположив одноконтурные магнитопроводы симметрично один от другого.
Будим считать, что трансформаторы группы питаются синусоидальным симметричным напряжением. Тогда магнитные потоки каждого из трансформаторов образуют правильную трехлучевую звезду. Сумма этих потоков в общем стержне равна нулю. Поэтому удалим центральный стержень, уменьшив суммарную массу магнитной системы. Значит, объединение трехфазной группы однофазных трансформаторов в один позволяет уменьшить расход материала, а значит, и стоимость трансформатора. Преобразование пространственно-симметричного трансформатора в не симметричный — вынужденная мера, облегчающая технологию изготовления магнитопровода, но делающая несимметричными систему намагничивающих токов трехфазного трансформатора. Токи боковых стержней оказываются немного большими. Преимущества трехфазных трансформаторов перед трансформаторной группой сказывается при малых и средних мощностях. При больших мощностях оказывается выгодней группа из трех однофазных трансформаторов.
П2 Соединение обмоток трехфазных трансформатора
Начала обмоток трехфазных трансформаторов маркируют первыми тремя латинскими буквами, прописными А,В,С для обмоток высшего напряжения и строчными a,b,c для низшего. В большинстве случаев одноименные обмотки высшего и низшего напряжения располагают на одном стержне. Концы обмоток маркируются соответственно прописными X,Y,Z и строчными буквами x, y, z. (2) Согласно государственного стандарта применяются следующие схемы соединения фаз первичной и вторичной обмоток ( первым обозначено соединение обмоток высшего напряжения): звезда — звезда с нейтральным проводом, звезда — треугольник, звезда с нейтральным проводом — треугольник, треугольник — звезда с нейтральным проводом, звезда — зигзаг с нейтральным проводом. Зигзаг — это разновидность соединение в звезду, при котором одна половина каждой фазы вторичной обмотки размещена на одном стержне магнитопровода, а вторая половина на следующем по порядку. (3)
В зависимости от маркировки, схем соединения фаз, а также правой или левой намотки обмоток, синусоиды первичной и вторичной ЭДС могут быть сдвинуты во времени на разные углы. На практике принято сдвиг фаз первичной и вторичной обмотки измерять не в градусах или радианах, а в угловых единицах — часах, равных 30 градусов. Условное обозначение схемы соединения первичной и вторичной обмоток вместе с указанием угла сдвига между первичной и вторичной линейной ЭДС называют группой соединения обмоток трансформатора. Угол сдвига фаз в часах — номером группы.(4) Согласно государственному стандарту для трехфазных трансформаторов применяется нулевой номер группы в соединении звезда — звезда и одиннадцатый номер группы во всех других предусмотренных стандартом схемах соединения.
П3 Измерительные трансформаторы напряжения
Измерительные трансформаторы напряжения предназначены для расширения пределов измерения вольтметров, ваттметров и некоторых других электроизмерительных приборов.
Трансформаторы напряжения ничем принципиально не отличаются от рассмотренных ранее двухобмоточных трансформаторов. Также как и любые измерительные приборы, они имеет нормируемые метрологические характеристики. Основной из них является класс точности – число, за пределы которого, не должна выходить, выраженная в процентах, его относительная погрешность.
(8)
Здесь k -коэффициент трансформатора некоторого режима работы . а kН — коэффициент трансформации номинального режима. Номинальный режим трансформаторов напряжения близок к режиму холостого хода, так как сопротивление вольтметров или других измерительных приборов, с которыми работает трансформатор, составляет десятки тысяч Ом. При включении нескольких измерительных приборов к одному трансформатору у него оказывается не только большая относительная погрешность, но и может быть недопустимо большой ток вторичной обмотки. Из-за этого он может выйти из строя.
П4 Трансформаторы тока
Трансформаторы тока разделяются на две группы: измерительные трансформаторы тока и трансформаторы для защиты цепей от токов короткого замыкания. Хотя принцип действия трансформаторов тока тот же, что и рассмотренных ранее трансформаторов, они имеют целый ряд существенных отличий. Номинальный режим работы трансформатора близок к режиму короткого замыкания. Первичный ток трансформатора может быть много больше, чем ток его вторичной обмотки, а число витков первичной обмотки – соответственно, много меньше числа витков вторичной. Существуют трансформаторы тока, не имеющие первичной обмотки. Функции первичной обмоткой у них выполняет шина или кабель с измеряемым током, охватываемые магнитопроводом трансформатора. (Рис.9)

Рис. 9 Трансформатор тока
Работа трансформатора тока в режиме холостого хода недопустима, так как напряжение вторичной обмотки будет настолько высоко ( несколько тысяч вольт), что выведет трансформатор из строя, и может быть смертельно опасным для обслуживающего персонала.(9)
Для трансформатора тока вводят понятие действительного коэффициента трансформации тока kI , определяемого, как отношение тока первичной обмотки к току вторичной. Относительная токовая погрешность трансформатора тока определяется как

Здесь — коэффициент трансформации тока номинального режима. Выраженная в процентах, относительная токовая погрешность трансформатора не должна выходить за пределы его класса точности. Вторичная цепь трансформаторов тока должна быть всегда замкнута. Чтобы не допустить случайную работу трансформатора тока с разомкнутой вторичной обмоткой, при всяком отключении прибора от вторичной обмотки она должна быть замкнута накоротко перемычкой.
Вопросы для самоконтроля.
1.Какие конструктивные типы трехфазных трансформаторов существуют? (1)
2. Как маркируют выводы обмоток трансформатора? (2)
3. Какие схемы соединения фазных обмоток трансформатора разрешены ГОСТом? (3)
4.Что такое группа и номер группы трехфазного трансформатора? (4)
5. Какова причина возникновения третьей гармоники тока в нейтральном проводе трехфазной группы трансформаторов? (5)
6. Почему группа звезда-звезда трехобмоточных трансформаторов имеет ограниченное применение?(6)
7. Какие ограничения существуют на параллельную работу трехфазных трансформаторов? (7)
8. Что такое класс точности трансформатора напряжения? (9)
9. Почему трансформаторы тока не могут работать в режиме холостого хода? (9)

© Copyright: Юрий Бахарев, 2010
Свидетельство о публикации №210041900406

Здравствуйте коллега! Я соответственно также электрик, проработал всю жизнь в Ленэнерго. Основная область деятельности — Релейная защита и автоматика.
Я не могу понять, почему Вам пришла в голову идея поместить в чисто литературном, причем любительском портале, сугубо инженерные статьи, а точнее главы учебника по электрическим машинам. Как можно было браться за изложение данных материалов без использования конструктивных чертежей, векторных диаграмм, графиков, демонстрирующих происходящие процессы?
Между тем электрохозяйсво России, должно срочно пройти усовершенствование, особенно в сетях до 1000 вольт, выполненых в жилых и общественных домах. Причем, техническая сторона здесь проблемы не представляет. В мире эти задачи уже решены. Надеюсь, что в новых зданиях эти схемы и оборудование использованы полностью. По моему опыту существующие здания построенные до 1990 — х годов, полностью не соответствуют современным требованиям и требуют полной реконструкции. Об этом говорят бесконечные пожары, причиной которых признаны короткие замыкания. На что нужно обратить внимание.
1. Каждая квартира должна быть оборудована автоматом безопасности ( это по существу реле, имеющее магнитопровод с двумя обмотками включенными встречно. Токи входящий и выходящие должны быть равны. Появление разности равной 0.03А, говорит о замыкании провода на землю или на человека. Автомат отключает сеть. С таким автоматом (или реле утечки) не сгорела бы ни Останскинская башня, ни один дом престарелых.
2. В квартире должно стоять не менее 20 автоматов — отдельно для розеток каждой комнаты, стиральной машины, холодильника и т.д. Тогда они могут иметь малые уставки отключения, и чувствовать самые удаленные к.з.
3. Для эксплуатации должны быть привлечены электрики, которые способные произвести анализ т.к.з в любой точке квартирной или другой сети.
Имеются приборы с помощью которых можно определить эти токи в любой точке сети. Но для этого он должен быть соответственно квалифицирован, оплачен и предупрежден об ответственности за нарушение любого пункта инструкции. Здесь очень много проблем именно организационного порядка.

Спасибо за рецензию. С Вашими соображениями о электробезопасности согласен.
Текст учебного пособия по ЭМ с рисунками и векторными диаграммами можно найти по ссылке: «Другие ресурсы». Текст на странице Прозы.ру дал как развернутую аннотацию для студентов.

Укажите параметр который определяется отношением w1 w2

В XIX веке трансформаторы стали быстро наращивать свою популярность, и по сегодняшний день они остаются важнейшим элементом многих электрических схем. Они есть почти в любом устройстве, потребляющем электроэнергию.

Принцип работы трансформатора основан на индукции. Трансформатор – это устройство, которое понижает или повышает ток, регулируя его для энергопотребителей. Его придумал известный физик Фарадей, около 170 лет тому назад. Основным элементом трансформатора является обмотка, которая и влияет на силу тока, меняя её до нужных потребителю показателей.

трансформатор это трансформаторы тока это

Что такое трансформатор?

Трансформаторы тока это электромагнитные устройства, которые используются для трансформации тока одного напряжения в ток с другим напряжением при одинаковой частоте.

Переменный ток создает в первичной катушке переменное магнитное поле, которое создает переменное напряжение во вторичной обмотке. От числа витков катушки и скорости изменения магнитного поля и будет зависеть величина напряжение ЭДС.

Подходящее соотношение количества витков первичной и вторичной обмотки можно определить при помощи коэффициента трансформации.

k = w1 / w2

• w1 — количество витков в первичной обмотке;
• w2 — количество витков во вторичной обмотке.

  • Если на первичной обмотке витков больше, чем на вторичной – трансформатор будет понижающим.
  • Если на первичной обмотке витков меньше, чем на вторичной – трансформатор будет повышающим.

При этом, одно и то же устройство может быть одновременно и повышающим, и понижающим, в зависимости от того, на какую катушку подается ток
Существуют устройства без сердечника или с сердечником из феррита либо из альсифера – это высокочастотные устройства. А вот устройства с ферромагнитными сердечниками – это низкочастотные аналоги, с частотой до 100 кГц.

Высокочастотные устройства часто используются в оборудовании для усиления звуковых частот и в телефонной связи, а устройства со стальными сердечниками – это важнейший элемент любой электротехники.

Мощность силового трансформатора может быть от пары сотен Ватт до сотен тысяч киловатт и более.

Как устроен трансформатор?

Трансформатор это устройство, которое подразумевает наличие одной или нескольких отдельных катушек, пребывающих под единым магнитным потоком. Они накручиваются на сердечник, сделанный из ферромагнетиков.

трансформатор это принцип работы

Конструкция трансформатора состоит из:

  • Обмотки;
  • Каркаса;
  • Магнитопровода;
  • Охлаждающей системы;
  • Системы изоляции;
  • Вспомогательных частей, которые используются для защиты, монтажа и подхода к выводящим элементам конструкции.

Обмотка, чаще всего бывает двух типов – первичная, которая получает ток от постороннего источника, и вторичная, с которой напряжение будет сниматься потребителями.

Сердечник гарантирует улучшенный обратный контакт обмотки, имеет низкое сопротивление к магнитным потокам. Но, некоторые трансформаторы, которые работают с высокими частотами, изготавливаются без сердечников.

Изготовление трансформаторов может происходить с одной из концепций обмотки:

  1. Тороидальной;
  2. Стержневой;
  3. Броневой;
  4. Трехфазный;
  5. Кольцевой;
  6. Кабельной.

Стержневые трансформаторы подразумевают накрутку обмотки на сердечник строго по горизонтали. В броневых устройствах она заключена в магнитопровод, размещена либо по горизонтали, либо по вертикали.

Как работает трансформатор?

Ключевым принципом работы является взаимная индукция. Переменный ток поступает от поставщика электричества на ввод первичной обмотки, создает магнитное поле с переменным потоком, которое проходит через вторичную обмотку и индуцирует появления электродвижущей силы. В приемнике вторичной обмотки электроэнергия закорачивается из-за электродвижущей силы, при этом в первой обмотке появляется ток нагрузки. Цель трансформатора – переместить уже преобразованную электроэнергию без смены частоты на вторичную обмотку, чтобы её сняли потребители для использования.

Как проверить трансформатор?

Если в руках оказался трансформатор с неизвестными параметрами, его можно проверить двумя способами. Для начала можно посмотреть то короткого замыкания. Нужно взять провод потолще, поставить на него токовые клещи и замкнуть вторичную обмотку. Так вы узнаете ток короткого замыкания и напряжение без нагрузки.

Затем нагружаем трансформатор до уровня, когда напряжение во вторичной обмотке начнет проседать. Это делается для того чтобы выяснить, какую предельную мощность может выдать трансформатор. Нагрузить его можно при помощи стартера. Напряжение во второй обмотке должно просесть не менее, чем на 15 процентов.

В результате измерений, чтобы вычислить мощность трансформатора нужно перемножить напряжение и силу тока.

Виды магнитопроводов трансформаторов

Силовые устройства. Отличаются по количеству фаз, показателям номинального напряжения. Цель силовых трансформаторов – смена напряжения в осветительных сетях, питание оборудования и энергетических систем. Актуальность силовых трансформаторов объясняется тем, что в рабочих напряжениях магистральных линий и городских сетей потребителей есть серьезные отличия, поэтому ток необходимо преобразовывать.

Измерительные устройства. Применяются для контроля рабочих показателей напряжения, фазы или тока в первичной цепи. На измеряемой сети работа трансформатора практически не сказывается.

Автоматические трансформаторы. Здесь обмотки подключены друг к другу гальваническим методом. Коэффициент преобразования небольшой, поэтому трансформатор будет недорогим и малогабаритным. Его используются в стабилизаторах, системах защиты реле, для запуска больших электрических установок.

Импульсные трансформаторы. Эти устройства оснащаются ферромагнитными сердечниками, меняющими напряжение и импульсы тока. Этот тип оборудования используется в вычислительных устройствах электронного типа, радиолокации, импульсной связи, а также в качестве основного способа измерения в электрических счетчиках. Цель использования – перенести ортогональный импульс с крутым срезом и фронтом, неизменным показателем амплитуды.

Согласующие трансформаторы. Они согласуют сопротивление каскадов схем так, что сигнал почти не искажается. Это устройство создает схемы гальванической развязки.

Пик-трансформаторы. Они трансформируют напряжение синусоидального характера в импульсное. Используются в гальванических развязках электрических цепей.

Разделительные трансформаторы. Они имеют первичную обмотку, никак не связанную со вторичной. Есть 2 вида таких устройств: сигнальные и силовые. Силовые используются для улучшения надежности электросети при непредвиденных синхронных соединениях с землей и токоведущими элементами, либо элементами нетоковедухими, которые оказались из-за нарушения изоляции под напряжением. Сигнальные используются для обеспечения гальванической развязки в электрической цепи.

Сдвоенный дроссельный трансформатор. Он имеет 2 одинаковые обмотки, и благодаря их индукции дроссель демонстрирует отличную эффективность при стандартных размерах. Часто используется в звуковой технике, в роли фильтра блока питания. Чтобы хранить информацию часто используются трансфлюксоры – это трансформаторы с большой остаточной намагниченностью магнитопроводов. Вторым названием такого трансформатора является «встречный индуктивный фильтр». Это говорит о том, что прибор фильтрует напряжение в блоках питания, звукотехнике и цифровой аппаратуре.

Что представляет из себя силовой трансформатор?

На замкнутом сердечнике, набранном из стальных листов, надеваются несколько обмоток, одна из которых подключается к источнику тока. Другие обмотки подключаются к потребителям. В результате прохождения тока по первой обмотке в сердечнике формируется магнитный поток, который наводит в каждом витке катушки переменное напряжение. На всех витках напряжение формируется в исходящее напряжение трансформатора. Так, мощность электричества из первой обмотки передается во вторичные через магнитный поток.

К числу потребителей от такого трансформатора можно отнести электроосвещение, нагревательные приборы, телеаппаратуру, двигатели и многое другое. Эти устройства требуют разной мощности, но проблему очень легко решить при помощи трансформаторов. Из обычной электрической сети с напряжением в 220 В можно добыть напряжение любой величины, и при необходимости трансформировать переменный ток в постоянный.

КПД у этого трансформатора очень большой – от 90 до 98%. Он будет зависеть от магнитных полей рассеяния и потерь в магнитопроводе. От величины электрической мощности (W) будет зависеть площадь поперечного сечения магнитного провода (S). По значению площади S мощно определить количество витков на 1 вольт по следующей формуле

w = 50\S

Общие характеристики трансформаторов

К ключевым техническим характеристикам устройств можно отнести:

  • Мощность;
  • Напряжение обмоток;
  • Ток обмоток;
  • Коэфф. трансформации;
  • КПД;
  • Число обмоток;
  • Рабочую частоту;
  • Число фаз.

Режимы работы трансформатора

Холостой ход
Этот режим работы реализуется от размывания вторичной сети, после чего в ней прекращается протекание электрического тока. В первичной обработке же протекает ток холостого хода, у которого основным составным элементом является намагничивающийся ток.
Когда вторичный ток равен нулю, сила индукции в первичной обмотке будет возмещать напряжение источника питания, поэтому при потере нагрузочных токов, проходящих через первичную оботку, ток будет соответствовать по своим значениям намагничивающемуся току. Функциональная роль работы вхолостую – это выявление важных параметров трансформатора, таких как КПД, показателей трансформирования, потерь в магнитопроводах.

Режим нагрузки
Этот режим работы трансформатора характеризуется работой устройства при подаче напряжения на вводы первичной цепи и подключения нагрузки на вторичную. Нагружающий ток проходит по вторичной обмотке, а в первичной находятся общий ток нагрузки и ток холостого хода. Такой режим считается самым востребованным для работы трансформатора.
На вопрос, как работает трансформатор в основном режиме, может ответить основной закон индукции. Суть простая: подача нагрузки к вторичной обмотке спровоцирует появление магнитного тока во вторичной цепи, который образует в сердечнике нагружающий электрический ток. Он будет направлен в сторону, противоположную течению, создающемуся первичной обмоткой. В первичной цепи паритет электродвижущих сил поставщика электричества и индукции не будет соблюдаться – в первичной обмотке электроток повысится, пока магнитный поток не восстановит своё первоначальное значение.

Короткое замыкание
В этом режиме трансформатор может оказаться только при кратковременном замывании вторичной цепи. Короткое замыкание – это уникальный тип нагрузки. В нем трансформатор работает по следующему принципу: к первичной обмотке приходит небольшое переменное напряжение, выводы вторичной обработки соединяются. Напряжение на входе устанавливается с расчетом, чтобы сила замыкающего тока соответствовала номинальному току устройства. Величина напряжения определяет энергетические потери, которые приходятся на разогрев обмоток, а также на активное сопротивление. Этот режим работы особенно часто встречается в измерительных трансформаторах.
Из-за большого количества режимов работы, функциональности, а также высокого КПД трансформаторы используются практически повсеестно, как в гражданских, так и в промышленных электросетях.

Тестовые вопросы № 1-56 по дисциплине «Электротехника» (Мощность трансформатора. Уравнение для первичной обмотки трансформатора)

1. Двигатель мощностью 600 кВт с номинальным напряжением 6 кВ, 80% и cos0,8 подключается к сети 10 кВ через трансформатор 10 кВ / 6 кВ. Из данного стандартного ряда выбрать мощность трансформатора.

2. Почему трансформатор имеет жёсткую внешнюю характеристику?

3. Определить напряжение сети, в которую включен трансформатор, если его вторичное напряжение равно 400 В, а коэффициент трансформации равен 87,5.

4. Чем определяется величина потерь РК в опыте короткого замыкания трансформатора?

5. Трёхфазный трансформатор имеет схему соединения ЗВ/ТР, отношение чисел витков w1/w2 = 27;включен в сеть с линейным напряжением 6 кВ. Определить вторичное линейное напряжение.

6. Найти правильное уравнение для трансформатора.

7. Чему равен коэффициент трансформации n12 , если w1=1000, w2=500 витков?

8. По схеме внешних соединений определить способ соединения обмоток трёхфазного трансформатора.

9. Имеется трёхфазный трансформатор мощностью 1 кВА с напряжением 380/220 В. Выбрать приборы для проведения опыта холостого хода.

10. Чем определяется величина мощности потерь РК, измеряемая в опыте короткого замыкания?

11. При какой схеме соединения обмоток трёхфазного трансформатора коэффициент трансформации линейных напряжений равен коэффициенту трансформации фазных напряжений?

12. Ниже даны примерные соотношения величин, входящих в основные уравнения трансформатора: Найти неверное соотношение, если трансформатор повышающий (n < 1).

13. Ниже дана характеристика полей трансформатора. Найти неверное положение.

14. Трансформатор (S = 66 кВА, U1НОМ = 220 В, коэффициент трансформации — 2) работает с номинальной нагрузкой. Определить ток вторичной обмотки.

15. Указать внешнюю характеристику трансформатора.

16. Почему в опыте холостого хода трансформатора можно пренебречь потерями в сопротивлении обмоток?

17. Трёхфазный трансформатор, имеет схему соединения ЗВ/ТР, отношение чисел витков w1 / w2 = 57,8; включен в сеть с линейным напряжением 6 кВ. Определить вторичное линейное напряжение.

18. Каково назначение трансформатора? Указать неправильный ответ.

19. К однофазному трансформатору с коэффициентом трансформации 220 В / 12 В подключена нагрузка 9 Ом. Определить ток, потребляемый трансформатором от сети.

20. По схеме внешних соединений определить способ соединения обмоток трёхфазного трансформатора.

21. Как изменится ток холостого хода трансформатора, если удалить из него сердечник и включить первичную обмотку на номинальное напряжение?

22. Среди перечисленных ниже параметров трансформатора найти величину, которая измеряется в опыте короткого замыкания.

23. Трёхфазный трансформатор имеет отношение чисел витков w1/w2 = 27 и включен в сеть с линейным напряжением 6 кВ. По какой схеме необходимо соединить обмотки трансформатора для получения вторичного линейного напряжения 220 В?

24. Сравнить вес G1 и G2 двух трансформаторов одинаковой мощности и конструкции с одинаковыми напряжениями, первый из которых рассчитан на частоту 50 Гц, второй — на 400 Гц.

25. Трансформатор подключён к сети 220 В, 50 Гц. Определить максимальную индукцию в магнитопроводе, если его сечение 10 см2, а число витков первичной обмотки 900.

26. Как выглядит внешняя характеристика трансформатора.

27. В каком соотношении находятся номинальное напряжение (UН1) и напряжение в опыте короткого замыкания (U1K) трансформатора?

28. Как изменяется ток холостого хода трансформатора, если на первичную обмотку подать 2UНОМ ?

29. При схеме соединения ЗВ/ТР коэффициент трансформации линейных напряжений трёхфазного трансформатора равен 15. Каково отношение чисел витков обмоток этого трансформатора?

30. Трансформатор, рассчитанный на 400 Гц, включили на номинальное напряжение, но с частотой 500 Гц. Как это отразится на работе и характеристиках трансформатора? Указать неверное положение.

31. Найти ошибку в формуле КПД трансформатора.

Похожие материалы

  • Тестовые вопросы № 1-54 по дисциплине «Электротехника» (Увеличение пускового момента асинхронного двигателя. Магнитное поле при питании переменным током однофазной обмотки)
  • Расчёт цепей синусоидального тока. Контрольные вопросы к защите домашнего задания
  • Расчет установившегося процесса в электрической цепи синусоидального тока с одним источником ЭДС

Укажите параметр который определяется отношением w1 w2

Acrobat Distiller 7.0 (Windows); modified using iText® 5.2.1 ©2000-2012 1T3XT BVBA

s

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *