Принцип действия трансформатора

ТРАНСФОРМАТОРЫ И ДРОССЕЛИ

Основным назначением трансформатора является преобразование переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины. Трансформаторы могут быть использованы для преобразования числа фаз, частоты и формы кривой напряжения.

Дроссель – статическое электромагнитное устройство, используемое как индуктивное сопротивление. Применяется в выпрямителях для стабилизации переменного напряжения, для сглаживания пульсации выпрямленного напряжения, для регулирования напряжения.

Трансформатор

Принцип действия трансформатора

Трансформатор состоит из замкнутого сердечника (магнитопровода), изготовленного из ферромагнитного материала и двух обмоток из изолированного провода. Обмотка, подключаемая к источнику, называется первичной (1), к нагрузке – вторичной (2).

Рис.1.1.1. Режим холостого хода трансформатора

Когда вторичная обмотка трансформатора разомкнута, создается режим холостого хода. При подключении первой обмотки к сети с напряжением через неё протекает ток холостого хода . Этот ток возбуждает в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток , который пронизывает витки первичной и вторичной обмоток и индуцирует ЭДС:

где W₁ и W₂ - число витков первичной и вторичной обмоток. Если сердечник не насыщен, то изменяется по синусоидальному закону:

.

Тогда ЭДС в первичной обмотке:

,

действующее значение ЭДС:

. (1.1)

Так же ЭДС вторичной обмотки:

. (1.2)

Поделив (1.1) на (1.2) получим выражение коэффициента трансформации:

.

Кроме основного потока существует слабый поток рассеяния , замыкающийся по воздуху. Этот поток индуцирует в первичной обмотке ЭДС рассеяния :

.

За счет активного сопротивления первичной обмотки падение напряжения в этом сопротивлении . На основании второго закона Кирхгофа:

.

Так как мало, то так же мало и можно считать . Поэтому коэффициент трансформации можно определить при холостом ходе.

. (1.3)

При подключении ко вторичной обмотке нагрузки создается рабочий режим трансформатора. В обмотках появляются токи и , а в его магнитопроводе магнитные потоки и . Так как причиной появления потока

является поток , то оба потока на основании закона Ленца направлены встречно. При увеличении тока увеличивается, суммарный поток уменьшается. Индуцированные суммарным магнитным потоком и тоже уменьшаются.

Первичная обмотка включается в сеть и работает в режиме потребления, а вторичная работает в режиме генератора, следовательно, и уравнения их различны:

(1.1.4)

или

. (1.5)

Уменьшение вызывает увеличение , а следовательно, и суммарного потока Ф. Таким образом, изменения Ф, вызванные увеличением , взаимно компенсируются, в результате чего Ф остается практически неизменным и равным потоку при холостом ходе .

Поскольку , то неизменна и магнитодвижущая сила (МДС) или намагничивающая сила (НС), создающая этот поток (при холостом ходе , под нагрузкой ).

Следовательно:

. (1.1.6)

Это уравнение называется уравнением равновесия МДС. Разделив левую и правую части уравнения (1.6) на , получим:

. (1.1.7)

Поскольку очень мал, и сдвинуты по фазе почти на 180°. Если пренебречь потерями мощности в обмотках и магнитопроводе, то мощность первичной обмотки равна мощности вторичной обмотки, то есть:

, (1.1.8)

Откуда

. (1.1.9)

Для удобства построения векторных диаграмм и возможности построения эквивалентных схем вторичную обмотку приводят к первичной обмотке, то есть полагают, что вместо вторичной обмотки с есть обмотка с , но при этом мощности, энергии и фазовые углы в приведенной и реальной обмотках должны быть равны.

Например, ЭДС приведенной обмотки:

.