Трансформаторы

логическая схема работы трансформатора
5. Принцип действия трансформатора
6. Опыт холостого хода трансформатора
7. Нагрузочный режим трансформатора
8. Параметры приведенной вторичной обмотки. Схема замещения
трансформатора
9. Уравнения МДС, токов и ЭДС обмоток трансформатора. Векторная
диаграмма
10. Потери напряжения, внешняя характеристика потери мощности и КПД
трансформатора
11 Опыт лабораторного короткого замыкания трансформатора
12. Трехфазный трансформатор
13.Параллельная работа трансформаторов
14. Сварочный трансформатор. Автотрансформатор
15. Измерительные трансформаторы

Содержание

(ток) другой величины той же частоты.

Силовые – для питания потребителей или передачи электроэнергии на большие расстояния

Специализированные (измерительные, сварочные, согласующие, импульсные)

Трансформаторы

магнитный поток Ф; 3 – обмотки

Трансформатор состоит из магнитопровода, набранного из листов
электротехнической стали толщиной 0,35…0,5 мм, и обмотки, выполненной
Измедного или алюминиевого провода. Различают первичную обмотку
(подключается к источнику питания) и вторичную (подключается к нагрузке).

Однофазный трансформатор

Ярмо

Стержень

две обмотки (катушки) (а).
б) – обозначение трансформатора на электрических схемах; в) - обозначение на схемах электроснабжения

Устройство однофазного трансформатора

протекает ток I2

МДС(I1W1) - возбудитель(в) магнитного потока Ф

Согласно закону
электромагнитной
индукции (ЭМИ)
в обмотках наво-
дятся ЭДС E1 и Е2

Условно-логическая схема работы трансформатора

ЭДС самоиндукции е1 и во вторичной обмотке ЭДС
взаимоиндукции е2:

.
При синусоидальном первичном напряжении магнитный поток тоже будет синусоидальным Ф = Фмахsinωt Тогда:

,

.Действующие значения ЭДС первичной и вторичной обмоток:

.

е1 = -w1dф/dt = - ωw1Фмахcos ωt =E1махsin(ωt - π/2)
е2 = -w2dф/dt = - ωw2Фмахcos ωt =E2махsin(ωt - π/2)

трансформатор называется повышающим (k<1). В соответствии с этим различают обмотку высшего ВН и обмотку низшего НН напряжения.

Если, напряжение вторичной обмотки трансформатора меньше первичной в 2 раза, то ток вторичной обмотки будет больше тока первичной обмотки в 2 раза.

Принцип работы трансформатора

Коэффициент трансформации

усложняют расчет электрических цепей, элементами которых
является трансформатор.

Для его упрощения составляют эквивалентную электрическую схему, в которой
магнитная связь заменяется гальванической. Получил распространение способ приведения параметров вторичной обмотки трансформатора к первичной.

Параметры приведенной вторичной обмотки

трансформатора
Основные соотношения:
Число витков в приведенном трансформаторе:

w΄2 = w1.
Поскольку ЭДС обмоток после приведения становятся одинаковыми

Приведенный ток вторичной обмотки трансформатора:
I′2 = I2 /n
Приведенные сопротивления вторичной обмотки трансформатора:

потери в стали;
I0 – ток х.х. ( I0 = 3…5%)I1ном
Z0, R0, Х0 – параметры цепи намагничивания схемы замещения
δ  - угол магнитных потерь
cosφ0= P0 /U1ном I0 

δ = π/2 – ϕ0=  arctg(R0/X0),
составляет 3…10°.

Е1 ~ U1ном; Е2 =U2хх.

В опыте х.х.: U10 = U1ном; I20 = 0

Из векторной диаграммы следует, что ток х. х. имеет реактивную
составляющую значительно большую, чем активную.
Следовательно, ток х.х. почти весь идет на создание магнитного потока.

Опыт холостого хода трансформатора

зажимах вторичной обмотки индуцируется переменная ЭДС Е2 и вторичная обмотка становится источником питания
. .

Действующие значения ЭДС первичной и вторичной обмоток:

.

U1

Х

А

İ1

Ė1

R1

X1

E'2

'

X2

R‘2

Z‘н

U‘2

I‘2

°

°

а

х

Ė1

E'2

I‘2

а

х

Z‘н

U‘2

R1

X1

X'2

R‘2

İ1

R0

X0

°

°

U1

Схема замещения трансформатора

трансформатора

ЭДС от потоков рассеивания:

Ė1σ = - jX1Í1; Ė2σ = - jX2Í2

Нагрузочный режим трансформатора

i2 = w1i0.
Разделив правую и левую части уравнения на w1, получаем уравнение токов:
i1 = i0  +(– i2/n).

По второму закону Кирхгофа для схемы замещения трансформатора можно составить следующие уравнения:

.

+

Уравнения МДС, токов и ЭДС обмоток трансформатора.

Векторная диаграмма

к. з. определяют:
электрические потери: ΔРк
полное сопротивление короткого замыкания:
активное сопротивление к. з.
реактивное сопротивление к. з.
сопротивления обмоток:

а – схема опыта лаб. к.з.;
б – схема замещения

Напряжение U1к является важным параметром
трансформатора и указывается на его щитке (в %).
Активная U1ка, %, и реактивная U1кр, %, состав-
ляющие напряжения U1к, %:

U1ka = U1k cosφk;

сosφk = ΔР / (U1kI1ном)

Опыт лабораторного короткого замыкания трансформатора

к

при cosφн = const и U1 = U1ном (а);

ПОТЕРИ НАПРЯЖЕНИЯ В ТРАНСФОРМАТОРЕ

(Рх)и меди обмоток (Рк):
∆P = ∆Pх + ∆Pк
КПД трансформатора
η =  Р2/Р1 ,
где P2 – активная мощность, потребляемая нагрузкой; P1 – активная мощность, потребляемая трансформатором из сети;
Для расчета η используют формулу:

Оптимальный КПД при: 

=I1/I1ном = I2/I2ном – коэффициент нагрузки

Изменение КПД в зависимости
от нагрузки
η = f (β)

ПОТЕРИ МОЩНОСТИ И КПД ТРАНСФОРМАТОРА

трехфазным.
Трехфазный трансформатор имеет три стержня, на которых располагаются первичные и вторичные обмотки.

Начала и концы обмоток ВН обозначают буквами А, В, С и Х, Y, Z, а НН
а, b, с и х, у, z. Эти обмотки могут быть соединены звездой «Y» или
треугольником «Δ».

Схемы соединения обмоток, которые в основном используются в силовых трехфазных сетях: Y/YN, Y/∆ и YN/∆

Y/YN

Y/∆

YN/∆

–

измерительных
трансформаторов важны фазовые сдвиги между первичным и вторичным напряжениями.
Поэтому трехфазные трансформаторы делят на группы соединений в зависимости от
сдвига фаз одноименных линейных напряжений обмоток ВН и НН.
У трехфазных трансформаторов угол сдвига этих напряжений кратен 30°, что делает возможным 12 групп соединений, которые нумеруют целыми числами 0, 1, 2……11.
Для определения номера группы соединения нужно найти в градусах угол, на который вектор линейного напряжения обмотки НН отстает от одноименного вектора линейного напряжения обмотки ВН, и разделить этот угол на 30º. Угол отставания определяется против часовой стрелки от вектора НН к вектору ВН

При параллельной работе трансформаторов и при использовании измерительных
трансформаторов важны фазовые сдвиги между первичным и вторичным
напряжениями. Поэтому трехфазные трансформаторы делят на группы соединений
в зависимости от сдвига фаз одноименных линейных напряжений обмоток ВН и НН.

Группы соединения трехфазного трансформатора

одно и то же напряжение U1.
Вторичные обмотки всех трансформаторов подключают к одним и тем же
общим шинам, к которым подключается нагрузка. Для нормальной работы
трансформаторы должны удовлетворять следующим условиям:
1) коэффициенты трансформации всех трансформаторов должны быть равны;
2) напряжения короткого замыкания всех трансформаторов должны быть равны;
3) все трехфазные трансформаторы должны иметь одну группу соединения обмоток

Ė22

Ė21

ΔĖ2

Ψ2

İур

U2

U20

U21

U22

U2ш

I22

I21

I2

Ė22

Ė21

ΔĖ2

– Ė22

0

0

0

0

11

Векторная диаграмма
вторичных ЭДС и
уравнительного тока
параллельно
работающих
Однофазных
трансформаторов

Векторная диаграмма
вторичных линейных ЭДС
параллельно работающих
трехфазных трансформаторов
0 и 11 групп соединения
обмоток

Внешние характеристики
параллельно работающих
трансформаторов,
показывающие
распределение
нагрузки между ними

Параллельная работа трансформаторов

4 – якорь; 5 – воздушный зазор; 6 – электрод 7- свариваемая деталь
(б )– характеристики сварочного трансформатора

Зажигание

Горение

ВАХ дуги

Якорь

Дроссель

Электрод

Свариваемая деталь

а.

Сварочный трансформатор

соединении высоковольтных сетей с разным напряжением.
Маломощные автотрансформаторы используют в устройствах автоматики, электросвязи, радиоаппаратуре.
Широкое распространение получил лабораторный автотрансформатор (ЛАТР),
позволяющий плавно регулировать напряжение.

Автотрансформаторы

ТН

Схема подключения ТТ

Схема подключения ТН

Kт = w1/w2.
Поскольку w1 << w2, то измеренный ток I2 << I1.
Обычно у амперметра I2ном = 5 А,

Измерительные трансформаторы