С целью экономичной передачи электроэнергии на дальние расстояния и распределения ее между разнообразными потребителями появляется необходимость в ее трансформации. Последнее осуществляется с помощью повышающих и понижающих трансформаторов.
Трансформатор –статический электромагнитный аппарат,его действие основано на явлениивзаимной индукции, он предназначен для преобразования электрической энергии переменного тока с параметрами U1, I1 в энергию переменного тока с параметрами U2, I2 той же частоты.
Трансформаторы широко используются во всякого рода измерительных устройствах, радиоприемниках, телевизорах, осциллографах, для местного освещения, в сварочных и электротермических установках, при измерении тока, напряжения и мощности в электрических цепях с большим напряжением или с большими токами.
Трансформатор (рис.1) состоит из ферромагнитного магнитопровода 1, собранного из отдельных листов электротехнической стали, на котором расположены две (w1, w2) обмотки, выполненные из медного или алюминиевого провода. Обмотку, подключенную к источнику питания, принято называть первичной, а обмотку, к которой подключаются приемники, - вторичной. Если первичную обмотку трансформатора с числом витков w1 включить в сеть переменного тока,
Рис.1
то напряжение сети U1 вызовет в ней ток I1 и МДС I1w1 создаст переменный магнитный поток Ф. Переменный магнитный поток Ф создаст в обмотке w1 ЭДС Е1, а в обмотке w2 ЭДС Е2. Когда есть нагрузка, электрическая цепь вторичной обмотки оказывается замкнутой и ЭДС Е2 вызовет в ней ток I2.Таким образом,электрическая энергия первичной цепи с параметрами U1, I1и частотой f будетпреобразована в энергию переменного тока вторичной цепи с параметрами U2, I2 и f.
Коэффициент трансформации трансформатора:
e1
=
E1
=
w1
= n. Отношение значений ЭДС Е1и Е2равно отношению чисел витков первичной
e2
E2
w2
и вторичной обмоток.
Т.к. U1
≈ Е1, U2
≈ Е2, то
w1
U1
откуда следует, что U2
= U1 w2/ w1 = U1/n1.Тогда I2 = I1n.
w2≈
U2
= n,
2. Схемы замещения. Опыты холостого хода и короткого замыкания
Опыт холостого хода. Для выяснения соответствия действительных
значений тока холостого хода, потерь мощности в магнитопроводе и
коэффициента
трансформации
расчетным
данным
вновь
спроектированного и изготовленного трансформатора проводят опыт
холостого хода.
Схема опыта холостого хода изображена на рис.1, схема
замещения – на рис.2. В соответствии с паспортными
данными
Рис.1
трансформатора устанавливают напряжение на первичной обмотке,
равное номинальному значению, после чего записывают показания приборов. Амперметр измеряет ток
холостого хода I10, ваттметр — потери мощности в трансформаторе
Р0
≈ Рст. Отношение показаний вольтметров равно коэффициенту
трансформации трансформатора n ≈ U1/U2. Поскольку ток холостого хода
и активное сопротивление первичной обмотки малы, потери в ней
незначительны и намного меньше потерь в магнитопроводе
трансформатора. На основании опытных данных можно определить r0, x 0,
z0, а также значения тока Iр и Iа . Если пренебречь r1 и х1 (так как r1 << r0 и
х1 << х0), то
r0 = P0/I102; z0 = U1/I10;
х0 = √
; cos φ0 = r0/z0;
Ip = I10sin φ0;
Ia = I10cos φ0.
Опыт короткого замыкания. Для выяснения соответствия
значений расчетных данных сопротивлений rк и xк
их
действительным проводят опыт короткого замыкания. Опыт
проводят и для определения rк и xк , когда их расчетные
значения не известны. Схемы опыта и замещения короткого
замыкания изображены на рис.3 соответственно а и б.
После сборки схемы опыта с помощью какого-либо
Рис.3 регулятора напряжения устанавливают напряжение на первичной
обмотке такого значения, при котором ток в обмотках равен их номинальным значениям. Напряжение при этом окажется не более 5 — 15% номинального. Это напряжение называют напряжением короткого замыкания и обозначают U1к. Затем записывают показание приборов.
Т.к. потери мощности в магнитопроводе значительно меньше потерь в обмотках трансформатора при номинальном токе, то ими можно пренебречь, т.е. ваттметр фактически измеряет мощность потерь
в обмотках трансформатора при номинальной нагрузке.
Значение полного сопротивления определяется по показаниям вольтметра
и амперметра и
составляет zк = U1к/I1к = U1к /I1н .
Значение индуктивного сопротивления определяется из выражения xк = √
.
В трансформаторах малой мощности (10 —500 Вт) rк > хк , средней rк < хк , большой rк << хк.