uadepe.ru

Принцип дії і пристрій однофазного трансформатора

Робота однофазового трансформатора вхолосту

Принцип дії і пристрій однофазового трансформатораТрансформаторами в електротехніці називають такі електротехнічні пристрої, в яких електронна енергія змінного струму від однієї нерухомої котушки з провідника передається іншій нерухомій же котушці з провідника, не пов`язаної з першої електрично.

Ланкою, що передає енергію від однієї котушки інший, є магнітний потік, зчіплюються з обома котушками і безперервно змінюється за величиною і за напрямком.

Принцип дії і пристрій однофазового трансформатора

Мал. 1.

На рис. 1а зображений простий трансформатор, що складається з 2-ух котушок / і //, розташованих коаксіально одна над іншою. До котушці / підводиться змінний струм від генератора змінного струму Г. Ця котушка іменується первинної котушкою або первинної обмоткою. З котушки //, іменованої вторинної котушкою або вторинною обмоткою, з`єднується ланцюг приймачами електричної енергії.

Принцип дії і пристрій однофазового трансформатора

Принцип дії трансформатора

Дія трансформатора полягає в наступному. При проходженні струму в первинній котушці / нею створюється магнітне поле, силові лінії якого пронизують не тільки створила їх котушку, але почасти й вторинну котушку //. Орієнтовна картина розподілу силових ліній, створюваних первинній котушці, зображена на рис. 1б.

Як видно з малюнка, всі силові смуги замикаються навколо провідників котушки /, але частина їх на рис. 1б силові лінії 1, 2, 3, 4 замикаються також навколо провідників котушки //. Таким чином котушка // є магнітно пов`язаної з котушки / при посередництві магнітних силових ліній.

Ступінь магнітної зв`язку котушок / і //, при коаксіальному розташуванні їх, знаходиться в залежності від відстані між ними: чим далі котушки один від одного, тим менше магнітна зв`язок між ними, бо тим менше силових ліній котушки / зчіплюється з котушки //.

Тому що через котушку / проходить, як ми припускаємо, змінний струм, т. Е. Струм, який змінюється в часі по якомусь закону, наприклад за законом синуса, то і магнітне поле, їм створюване, також буде змінюватися в часі по тому ж закону.

Наприклад, коли струм в котушці / проходить через найбільше значення, то і магнітний потік, їм створюваний, також проходить через найбільшу значення-коли струм в котушці / проходить через нуль, змінюючи свій напрямок, то й магнітний потік проходить через нуль, також змінюючи свій напрямок.

Через війну зміни струму в котушці / обидві котушки / і // пронизуються магнітним потоком, безперервно змінює свою величину і свій напрямок. Згідно з основним законом електричної індукції при всякій зміні пронизливого котушку магнітного потоку в котушці індукується змінна електрорушійна сила. У нашому випадку в котушці / индуктируется електрорушійна сила самоіндукції, а в котушці // индуктируется електрорушійна сила взаємоіндукції.

Якщо кінці котушки // з`єднати з ланцюгом приймачів електричної енергії (див. Рис. 1а), то в цьому ланцюзі з`явиться ток як слід приймачі отримають електричну енергію. У той же час до котушки / від генератора попрямує енергія, практично рівна енергії, що віддається в ланцюг котушкою //. Таким чином електронна енергія від однієї котушки буде передаватися в ланцюг 2-ий котушки, зовсім не пов`язаної з першою котушкою гальванически (металево). Засобом передачі енергії в даному випадку є тільки змінний магнітний потік.

Зображений на рис. 1а трансформатор дуже недосконалий, бо між первинною котушкою / і вторинної котушкою // магнітна зв`язок невелика.

Магнітна зв`язок 2-ух обмоток, взагалі кажучи, оцінюється відношенням магнітного потоку, зчіпного з обома обмотками, до потоку, створюваному однією котушкою.

З рис. 1б видно, що тільки частина силових ліній котушки / замикається навколо котушки //. Інша частина силових ліній (на рис. 1б - смуги 6, 7, 8) замикається тільки навколо котушки /. Ці силові лінії в передачі електричної енергії від першої котушки до 2-ий зовсім не беруть участь, вони утворюють так зване поле розсіювання.



Для того щоб збільшити магнітну зв`язок між первинною і вторинною обмотками і відразу зменшити магнітне опір для проходження магнітного потоку, обмотки технічних трансформаторів розташовують на зовсім замкнутих сталевих сердечниках.

Першим прикладом виконання трансформаторів може служити схематично зображений на рис. 2 однофазовий трансформатор так званого стрижневого типу. У нього первинні і вторинні котушки c1 і с2 розміщені на сталевих стрижнях а - а, з`єднаних з торців сталевими ж накладками b - b, які називали ярмамі. Таким чином два стержня а, а й два ярма b, b утворюють замкнутий сталеве кільце, в якому і проходить магнітний потік, зчіплюються з первинною і вторинною обмотками. Це сталеве кільце іменується сердечником трансформатора.

однофазовий трансформатор стрижневого типу

Мал. 2.

Другим прикладом виконання трансформаторів може служити схематично зображений на рис. 3 однофазовий трансформатор так званого броньового типу. У цього трансформатора первинні і вторинні обмотки с, що складаються кожна з ряду плоских котушок, розміщені на осерді утвореному 2-мя стрижнями 2-ух сталевих кілець а й б. Кільця а й б, оточуючи обмотки, покривають їх практично повністю начебто бронею, тому описуваний трансформатор і іменується броньовим. Магнітний потік, що проходить всередині обмоток с, розбивається на дві рівні частини, замикаються кожне у власному металевому кільці.

однофазовий трансформатор броньового типу

Мал. 3

Застосуванням сталевих замкнутих магнітних кіл у трансформаторів досягають значного зниження потоку розсіювання. У таких трансформаторів потоки, зчіплюються з первинною і вторинною обмотками, практично дорівнюють один одному. Припускаючи, що первинна та вторинна обмотки пронизуються одним і цим же магнітним потоком, ми можемо на підставі загального заколювання індукції для миттєвих значень електрорухомий сил обмоток написати вирази:

У цих .вираженіях w1 і w2 - числа витків первинної і вторинної обмоток, a dФt - величина конфігурації пронизливого котушки магнітного потоку за елемент часу dt, як слід їсти швидкість зміни магнітного потоку. З останніх виразів можна отримати подальше ставлення:

e1 / e2 = w1 / w2

т. е. індіктіруемие в первинній, і вторинної котушках / і // секундні електрорушійні сили ставляться один до одного так само, як числа витків котушок. Останній висновок справедливо не тільки по відношенню до моментальним значенням електрорухомий сил, та й до їх великим і діючим значенням.

Електрорушійна сила, індукована в первинній, котушці, будучи електрорушійної силою самоіндукції, практично повністю врівноважує прикладена до тієї ж котушці напруга. Якщо через E1 і U1 позначити діючі значення електрорушійної сили первинної котушки і доданого до неї напруги, то можна написати:

Е1 = U1

Електрорушійна сила, індукована у вторинній котушці, дорівнює в даному випадку напрузі на кінцях цієї котушки.

Якщо, аналогічно попередньому, через E2 і U2 позначити діючі значення електрорушійної сили вторинної котушки і напруги на її кінцях, то можна написати:

Е2 = U2

Отже, приклавши до однієї котушки трансформатора якесь напруження, можна на кінцях іншої котушки отримати будь-який напруга, варто тільки взяти відповідне відношення між числами витків цих котушок. В цьому і полягає основна властивість трансформатора.

Ставлення числа вітковпервічной обмотки до числа витків вторинної обмотки називається коефіцієнтом трансформації трансформатора. Коефіцієнт трансформації ми будемо позначати kт.

Як випливає можна написати:

Е1 / Е2 = U1 / U2 = w1 / w2 = kт

Трансформатор, у якого коефіцієнт трансформації менше одиниці, називається що підвищує трансформатором, бо у нього напруга вторинної обмотки, або так зване вторинне напруга, більше напруги первинної обмотки, або так званого первинного напруги. Трансформатор, у якого коефіцієнт трансформації більше одиниці, називається знижуючим трансформатором, бо у нього вторинна напруга менше первинного.

Робота однофазового трансформатора під навантаженням

Робота однофазового трансформатора під навантаженням

При холостий роботі трансформатора магнітний потік створюється струмом первинної обмотки або, точніше, магніторушійної силою первинної обмотки. Тому що магнітна ланцюг трансформатора проводиться з заліза і тому має маленьке магнітне опір, а число витків первинної обмотки береться зазвичай величезним, то струм холостий роботи трансформатора невеликий, він становить 5-10%, ніж звичайно.

Якщо замкнути вторинну обмотку на будь-який опір, то з виникненням струму у вторинній обмотці з`явиться і магнитодвижущая сила цієї обмотки.

Відповідно до закону Ленца магнитодвижущая сила вторинної обмотки діє проти магніторушійної сили первинної обмотки

Здавалося б, що магнітний потік в даному випадку повинен зменшуватися, але якщо до первинної обмотці підведено незмінне за величиною напруга, то зменшення магнітного потоку практично не станеться.

По правді, електрорушійна сила, індукована в первинній обмотці, при навантаженні трансформатора практично дорівнює прикладеній напрузі. Ця електрорушійна сила пропорційна магнітному потоку. Отже, якщо первинна напруга постійно по величині, то і електрорушійна сила при навантаженні повинна залишитися практично тією ж, якою вона була при холостий роботі трансформатора. Ця подія має наслідком практично повне сталість магнітного потоку при будь-якому навантаженні.

Робота однофазового трансформатора під навантаженнямОтже, при незмінному за величиною первинному напрузі магнітний потік трансформатора практично не змінюється зі зміною навантаження і може бути прийнятий рівним магнітному потоку при холостий роботі.

Магнітний потік трансформатора може зберегти свою величину при навантаженні тільки тому, що з виникненням струму у вторинній обмотці зростає і струм в первинній обмотці і при тому так, що різниця магніторушійних сил або ампер витків первинної і вторинної обмоток залишається практично однаковою магніторушійної силі або Ампервіткі при холостий роботі . Таким чином виникнення у вторинній обмотці розмагнічуючої магніторушійної сили або ампер витків супроводжується автоматичним підвищенням магніторушійної сили первинної обмотки.

Тому що для створення магнітного потоку трансформатора потрібно, як було зазначено вище, маленька магнитодвижущая сила, то можна сказати, що підвищення вторинної магніторушійної сили супроводжується практично таким же по величині підвищенням первинної магніторушійної сили.

Отже, можна написати: I2w2 = I1w1

З цієї рівності виходить 2-а основна риса трансформатора, а конкретно, ставлення: I1 / I2 = w2 / w1 = 1 / kт, де kт - коефіцієнт трансформації.

Таким чином, ставлення струмів первинної і вторинної обмоток трансформатора дорівнює одиниці, поділеній на його коефіцієнт трансформації.

Отже, головні властивості трансформатора полягають у відносинах Е1 / Е2 = w1 / w2 = kт і I1 / I2 = w2 / w1 = 1 / kт

Якщо перемножити ліві частини відносин між собою і праві частини між собою, то отримаємо I1E1 / I2E2 = 1 і I1E1 = I2E2

Остання рівність дає третю характеристику трансформатора, яку можна висловити словами так: що віддається вторинної обмоткою трансформатора потужність у вольт-амперах, практично дорівнює потужності, що підводиться до первинної обмотці також в вольт-амперах.

Якщо знехтувати енерговтратами в міді обмоток і в залозі сердечника трансформатора, то можна сказати, що вся потужність, що підводиться до первинної обмотці трансформатора від джерела енергії, передається вторинній обмотці його, при цьому передавачем служить магнітний потік.

Поділися в соціальних мережах:


Схожі