Режимы работы трансформатора

Режим холостого хода: первичная обмотка подключена к источнику переменного тока, вторичная обмотка разомкнута.

Рис. 1

При этом через первичную обмотку проходит переменный ток I , который называют током холостого хода. Он вызывает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф , называемый основным магнитным потоком. Основной магнитный поток пронизывает витки первичной и вторичной обмоток. В результате в обеих обмотках индуктируются эдс, действующие значения которых определяются выражениями:

E

E

Где f – частота переменного тока

w , w - числа витков обмоток

Ф - амплитуда магнитного потока

Таким образом, эдс, индуктируемая в обмотках, пропорциональна числу витков в обмотке, частоте переменного тока и амплитуде магнитного потока, пронизывающего обмотку.

Изменяя число витков вторичной обмотки, можно менять и величину индуктируемой в ней эдс. Разделив первое выражение на второе, получим коэффициент трансформации:

К

Применяется режим холостого хода трансформатора для определения технических характеристик (напряжений обмоток, коэффициента трансформации, потерь энергии и др., так в этом режиме расходуется мало энергии).

Опыт короткого замыкания: вторичная обмотка замкнута накоротко, а к первичной обмотке подается пониженное напряжение такое, при котором в обмотках протекают номинальные токи.

Применяется также для определения технических характеристик трансформатора.

Режим трансформатора под нагрузкой: к первичной обмотке подводится переменное напряжение, вторичная обмотка соединяется с нагрузкой.

Рис. 2

При этом в первичной и вторичной обмотках появятся токи I , I , а в магнитопроводе магнитные потоки Ф , Ф :

Рис. 3

Так как причиной появления потока Ф является поток Ф , то на основании закона Ленца, магнитные потоки Ф и Ф направлены встречно. А это приводит к тому, что изменения суммарного магнитного потока, вызванные увеличением тока I взаимно компенсируются, то есть суммарный магнитный поток остается практически неизменным как при увеличении, так и при уменьшении тока нагрузки, т.е.

Мощность основной параметр трансформатора.

Электромагнитная мощность – это мощность, передаваемая из первичной обмотки во вторичную электромагнитным путем. Она равна:

Р

Полная отдаваемая (полезная мощность) определяется выражением:

Р

Где U действующие значения напряжения и тока вторичной обмотки

- сдвиг фаз

Если нагрузка чисто активная, то:

Р

Полная потребляемая мощность:

Р

Эффективность работы трансформатора характеризует коэффициент полезного действия (к.п.д.) - :

=

Внешняя характеристика трансформатора это зависимость напряжения вторичной обмотки от тока вторичной обмотки, то есть U от .Причем, напряжение U зависит не, только от тока I , но и от характера нагрузки. При индуктивной нагрузке напряжение U понижается с ростом тока , а при емкостной нагрузке напряжение U повышается с ростом тока .

Особенности работы трансформаторов в устройствах электропитания: включение диодов во вторичную цепь приводит в некоторых случаях к появлению в сердечнике постоянного магнитного потока, что приводит к увеличению намагничивающего тока.

2. Специальные типы трансформаторов

На практике находят применение следующие специальные типы трансформаторов: однофазные многообмоточные трансформаторы, трехфазные трансформаторы и автотрансформаторы.

Многообмоточные трансформаторы – это трансформаторы с одной первичной обмоткой и несколькими вторичными обмотками.

Рис. 4

В режиме холостого хода работа многообмоточного трансформатора не отличается от работы обычного двухобмоточного трансформатора. В режиме под нагрузкой имеют место существенные отличия. Так, например, если только одна вторичная обмотка (обмотка 2) соединена с нагрузкой, то в этой обмотке устанавливается ток I , создающий в сердечнике поток Ф . При этом в первичной обмотке появится составляющая тока, обусловленная потоком Ф .

Если соединить с нагрузкой только обмотку 3, то в магнитопроводе появится магнитный поток Ф , а в первичной обмотке – составляющая тока, обусловленная потоком Ф .

При одновременной работе всех вторичных обмоток эти составляющие тока первичной обмотки будут алгебраически суммироваться. Таким образом, особенность работы многообмоточного трансформатора заключается во взаимном влиянии вторичных обмоток, то есть при изменении тока в одной из вторичных обмоток изменяются ток и напряжение в первичной обмотке, в результате этого изменятся напряжения на зажимах остальных обмоток.

Применяются многообмоточные трансформаторы при необходимости получения от одного трансформатора нескольких напряжений.

Трехфазные трансформаторы – это трансформаторы, преобразующие напряжение сети в трехфазное напряжение требуемой величины:

Рис. 5

Нагрузка трехфазного трансформатора, работающего в устройствах электропитания всегда является равномерной, поэтому каждую фазу можно рассматривать независимо от другой и считать. Что ее работа ничем не отличается от работы однофазного трансформатора.

Автотрансформаторы. Особенность их заключается в наличии непосредственной электрической связи между обмотками. Различают повышающие и понижающие автотрансформаторы.

Передача электроэнергии в автотрансформаторе происходит комбинированным путем: электрическим за счет связи обмоток и магнитным путем за счет магнитного поля обмотки.

Трансформаторы, преобразующие число фаз. У таких трансформаторов вторичная обмотка состоит из нескольких частей с равным количеством витков. В результате на зажимах каждой части вторичной обмотки индуктируются эдс одинаковые по величине, но с разными фазами. Так, например, при наличии во вторичной обмотке двух половинок с одинаковым числом витков получим преобразование однофазного напряжения в двухфазное.

Особенность работы трансформаторов в выпрямительных схемах заключается в том, что во вторичную цепь включаются диоды, пропускающие ток в одном направлении. Включение диодов приводит в некоторых случаях к несинусоидальности тока во вторичной обмотке. А это, в свою очередь приводит к появлению в магнитопроводе постоянного магнитного потока, что вызывает вынужденное намагничивание сердечника трансформатора.

Заключение

Таким образом, в лекции изучены процессы, происходящие в трансформаторе при различных режимах его работы и специальные типы трансформаторов.

Основная литература

1. [310-321], 2. [21-47].

Дополнительная литература

3. [117-140].

Вопросы для самоконтроля

Какие режимы работы трансформатора вам известны и для чего они используются?

Объясните, почему суммарный магнитный поток трансформатора в рабочем режиме остается практически неизменным при изменении тока нагрузки?

Каковы особенности работы трансформаторов в устройствах электропитания?

От чего зависит эдс, индуктируемая в обмотках трансформатора?

Перечислите основные параметры трансформатора.