Принцип роботи трансформатора

electrical transformer

Трансформатор - це статичний (т. Е. Без пересуваються частин) електричний апарат однофазовий або трифазний, в якому явище взаємоіндукції вживається для перетворення електричної енергії. Трансформатор конвертує змінний струм 1-го напруги в змінний струм тієї ж частоти, але іншого напруги.

Трансформатор має кілька електронних, ізольованих одна від одної обмоток: однофазний більше 2-ух, трифазний більш 6. Обмотки, з`єднані з джерелом електроенергії, називаються первічнимі- інші обмотки, що віддають енергію у зовнішні ланцюги, іменуються вторинними. На рис. схематично показані первинна і вторинна обмотки однофазного трансформатора- вони забезпечені загальним замкнутим сердечником, зібраним з листової електротехнічної сталі.

Механізм роботи трансформатора

Феромагнітний сердечник служить для посилення магнітного зв`язку між обмотками, т. Е. Для того, щоб більша частина магнітного потоку первинної обмотки зчіплюються з витками вторинної обмотки.

На рис. показаний сердечник і 6 обмоток трифазного трансформатора. Ці обмотки з`єднуються за схемою зірки або трикутника.

Для поліпшення умов охолодження та ізоляції трансформатор поміщається в бак, заповнений мінеральним маслом (продуктом перегонки нафти). Це так званий масляний трансформатор.

При частотепеременного струму приблизно вище 20 кГц застосування залізного сердечника в трансформаторах недоцільно через великих втрат в стали від гистерезиса і вихрових струмів.

Для великих частот використовуються трансформатори без феромагнітних сердечників - повітряні трансформатори

Якщо напруга на затискачах первинної обмотки - первинна напруга U1 менше вторинного напруги U2, то трансформатор називається що підвищує, якщо ж первинна напруга більше вторинного, то - знижувальним (U1>(U2). Відповідно до відносної величиною номінальної напруги прийнято розрізняти обмотку вищої напруги (ВН) і обмотку нижчої напруги (НН).

Познайомимося коротко, з роботою однофазового 2-ух обмоточного трансформатора зі сталевим сердечником. Його робочий процес і електронні співвідношення, можна вважати характерними в основному для всіх видів трансформаторів.

Напруга u1 прикладена до затискачів первинної обмотки, робить в цій обмотці змінний струм i1.Ток збуджує в осерді трансформатора змінний магнітний потік Ф. Внаслідок повторюваного конфігурації цього потоку в обох обмотках трансформатора - индуктируются е. д. з.

Трансформатори

е1 = - w1 (? ф:? t) і e2 = - w2 (? ф:? t)

Тут w1 і w2 - числа витків тієї та іншої обмоток.

Таким чином, ставлення е. д. е., індукованих в обмотках, дорівнює відношенню чисел витків цих обмоток:

 е1: e2 = w1: w2

це коефіцієнт трансформації трансформатора.

Коефіцієнт корисної дії трансформатора щодо дуже високий - в середньому близько 98%, що дозволяє при номінальному навантаженні вважати приблизно схожими пров первинних

потужність, що отримується трансформатором, і вторинну потужність, їм віддається, т. е. p1? p2 або u1i1? u2i2, і на підставі чого

i1: i2? u2: u1? w 2: w 1

Це відношення миттєвих значень струмів і напруг справедливо і для амплітуд і для діючих значень:

L1: l2? w 2: w 1? u2: u1

т. е. ставлення струмів в обмотках трансформатора (при навантаженні, близькою до номінальної) можна вважати оборотним відношенню напруг і чисел витків відповідних обмоток. Чим менше навантаження, тим більше впливає струм холостого ходу і наведене наближене співвідношення струмів порушується.

При роботі трансформатора зовсім різна роль е. д, с. в його первинної та вторинної обмотках- е. д. з. їй індукована в первинній обмотці, з`являється як протидія ланцюга зміни в ній струму i1. За фазі ця е. д. з. практично протилежна напрузі.

Як в ланцюзі, що містить індуктивність, струм у первинній про б м про тке трансформатора

i1 = (u1 + e1): r1

де г 1 - активний опір первинної обмотки.

Звідси отримуємо рівняння для моментального значення первинної напруги:

u1, = -e1 + i1r1 = w t (? ф:? t) + i1r1

яке можна прочитати як умова електронного рівноваги: ​​прикладена до затискачів первинної обмотки напруга u1, завжди врівноважується е. д. з. і падінням напруги в активному опорі обмотки (2-ий член щодо дуже малий).

Інші умови мають місце у вторинному ланцюзі. Тут струм i2 створюється е. д. з. e1, що грає роль е. д. з. джерела струму, і при активному навантаженні r / н у вторинному ланцюзі цей струм

Диференціальний захист силового трансформатора

i2 = l2: (r2 + r / н)

де r2- активний опір вторинної обмотки.

У першому наближенні вплив вторинного струму i2 на первинну ланцюг трансформатора, можна окреслити наступним чином.

Струм i2, проходячи по вторинній обмотці, прагне зробити в осерді трансформатора магнітний потік, який визначається намагничивающей силою (н. С.) I2w2. Відповідно до принципу Ленца цей потік повинен мати напрямок, оборотне напрямку головного потоку: інакше можна сказати, що вторинний струм прагне послабити індукуючий його магнітний потік. Але таке зменшення головного магнітного потоку Фт порушило б електронне рівновагу:

u1 = (-е1) + i1r1

тому що e1 пропорційно магнітному потоку. Створюється переважання первинного напруги U1, тому відразу з виникненням вторинного струму зростає первинний струм, до того ж так, щоб компенсувати розмагнічуюче дію вторинного струму і, таким чином, зберегти електронне рівновагу. Отже, всяка зміна вторинного струму повинно викликати відповідне зміна первинного струму-при цьому практично струм вторинної обмотки завдяки відносно малому значенню складової i1r1 практично не впливає на амплітуду і характер змін у часі головного магнітного потоку трансформатора, як слід, амплітуду цього потоку Фт можна вважати фактично незмінною. Така сталість Фт типово для режиму трансформатора, у якого підтримується постійним напруга U1, прикладена до затискачів первинної обмотки.