9.1. Загальні відомості про трансформатори

Трансформатор - це електротехнічний пристрій, призначений для пере­творення змінного струму однієї напруги на змінний струм іншої напруги тієї ж частоти.

Трансформатор складається із сталевого осердя і обмоток. Осердя зібране з тонких листів електротехнічної сталі, ізольованих один від одного з метою зниження втрат потужності на гістерезис і вихрові струми.

Перетворення напруги в трансформаторах здійснюється змінним магніт­ним потоком індуктивно пов'язаних між собою обмоток. Обмотка, що підклю­чається до джерела електричної енергії, називається первинною, а обмотка, до якої підключене навантаження, - вторинною. Параметри трансформатора, що належать до первинної обмотки (кількість витків, напруга, струм і т.д.), нази­вають первинними і в їхніх літерних позначеннях використовують індекс 1. Відповідно параметри вторинної обмотки називають вторинними й записують з індексом 2.

Якщо через трансформатор необхідно здійснити живлення двох і більше на­вантажень із різною напругою живлення, то виконують кілька вторинних обмоток.

За призначенням трансформатори поділяють на силові і спеціального призначення (зварювальні, вимірювальні, погоджувальні та ін.).

Силові трансформатори бувають однофазні (для кіл однофазного струму) і трифазні (для трифазних кіл), такі що підвищують і такі, що знижують напру­гу. На рис. 9.1 показані умовні графічні позначення однофазного (а, б) і трифа­зного (в, г, д, е) трансформаторів.

За способом охолодження трансформатори поділяють на сухі й масляні. У масляних трансформаторів обмотки занурені у сталевий бак, заповнений ма­слом.


На щитку трансформатора вказують його номінальні параметри: первин­ну й вторинну напругу; номінальну повну потужність; струм при номінальній повній потужності; частоту; кількість фаз; схему з'єднання обмоток; режим ро­боти (тривалий або короткочасний); спосіб охолодження.

9.2.1. Принцип дії однофазного трансформатора. На осерді однофазно­го трансформатора (рис. 9.2) у найпростішому випадку розташовані дві обмот­ки, виконані з ізольованого проводу. До первинної обмотки підводять живлячу напругу U1. Із вторинної обмотки знімають напругу U2, яку підводять до спо­живача електричної енергії Zh.

Змінний струм 11, проходячи витками первинної обмотки трансформато­ра w1, створює в осерді магнітопроводу змінний магнітний потік Ф. Змінюю­чись у часі за синусоїдальним законом Ф = Фт$тсої, цей потік пронизує витки вторинної обмотки трансформатора. При цьому відповідно до закону електро­магнітної індукції в ній наводиться ЕРС e2:

де w2 - кількість витків вторинної обмотки трансформатора; Ет2 - амплітудне значення ЕРС у вторинній обмотці.

Під дією ЕРС e2 у вторинному колі трансформатора, замкненому на нава­нтаження, протікає струм


Подпись:
Відношення ЕРС первинної обмотки трансформатора до ЕРС його вто­ринної обмотки, що дорівнює відношенню кількості витків відповідних обмо­ток, називають коефіцієнтом трансформації трансформатора

(9.2)

Якщо Ех < Е2, то трансформатор є підвищувальним, при Е1 > Е2, він є знижувальним.

9.2.2. Режими роботи трансформатора. Залежно від величини опору на­вантаження розрізняють три режими роботи трансформатора: Zh = да - ре­жим холостого ходу; 0 < Zh < да - режим навантаження; Zh = 0 - режим коротко­го замикання.

У режимі холостого ходу вторинна обмотка трансформатора розімкнена. Струм первинної обмотки трансформатора при вимкненому споживачі електро­енергії є струмом холостого ходу I0:

I0 = Im0 Sin(W + CC)

Кут магнітних втрат а, що входить до рівняння (кут зсуву за фазою між струмом і магнітним потоком трансформатора), обумовлений втратами потуж­ності у магнітопроводі. Значення кута а для сучасних електротехнічних сталей зазвичай невелике і становить 4...6°.

Напруга, яку підводять в режимі холостого ходу до трансформатора, від­повідно до другого закону Кірхгофа, може бути представлена як сума падінь напруги в первинному колі:

U і = Ei + R1 10 + jX110

(9.3)

де R1 - активний опір первинної обмотки; Х1 - індуктивний опір первинної об­мотки; Ex - ЕРС, що наводиться в первинній обмотці магнітним потоком

є1 = w1~d7 = ^ + І

Виходячи з рівняння електричної рівноваги (9.3), можна побудувати век­торну діаграму трансформатора для режиму холостого ходу (рис. 9.3).

Внаслідок перемагнічування магнітопроводу в ньому виникають втрати потужності, які називають втратами холостого ходу. Потужність Р0, спожи­вана з мережі в режимі холостого ходу, витрачається головним чином на по­криття втрат у магнітопроводі, тому що втрати в обмотці ^11 ^ малі. Струм хо­лостого ходу I10 містить активну й реактивну складові: I10 =-yJl?0a +110p .

Режим короткого замикання для силового трансформатора є аварійним. Однак деякі спеціальні трансформатори розраховані на роботу в режимі близь­кому до короткого замикання. Це зварювальні трансформатори, вимірювальні трансформатори струму.

При роботі трансформатора в режимі навантаження (Zjj Ф 0) у вторинному

колі під впливом Е2 з'являється струм /2. Основний магнітний потік Ф0 ство­рюється спільною дією магніторушійної сили первинної й вторинної обмоток. Результуюча магніторушійна сила Fj, дорівнює їхній геометричній сумі (рис. 9.3,в)

З урахуванням активного опору обмоток рівняння електричного стану пе­рвинного й вторинного кіл мають вигляд:

U i =- Ei + (R + jXi) /1, E2 = (R + jX2)/2 + ZH /2

(9.5)

9.2.3. Схеми заміщення трансформатора. Для дослідження режимів ро­боти трансформаторів магнітний зв'язок між первинною й вторинною обмотка­ми замінюють електричним зв'язком. З'єднання перемичками ас і bd на схемі

рис. 9.3,а можливе, якщо Uab = Ucd. Цій вимозі задовольняє умова E2 =-E1 = E2 —, де E2 називають приведеною ЕРС.

Еквівалентність енергетичних співвідношень у трансформаторі і його схема заміщення не будуть порушені, якщо повна потужність S2 = S2 (E2/2 = E2/2), активна потужність P2 = P2 (R2/22 = R2/22) і реактивна по­тужність Q2 = Q2 (X2 / 2 = X 2 / 22), а також потужність у навантаженні

SH = SH (U2 / 2 = U2 / 2) залишаться незмінними. З останніх рівностей одержуємо значення параметрів схеми заміщення, які називають приведеними (до кількості витків wi).

1 (9.6)

n

/2 = /2-; R2 = R2 n2; X2 = X2n2; U2 = U2 n; Z2 = Z2n2

Таким чином, схема трансформатора (рис. 9.3,а) може бути подана у ви­гляді еквівалентної схеми заміщення, показаної на рис. 9.4,а. Повна система рі­внянь електричного і магнітного стану трансформатора з урахуванням приве-

дення вторинної обмотки до первинної за кількістю витків і U = - E і = E2 має вигляд

Ці рівняння описують електромагнітні процеси у двоконтурній схемі, яку називають еквівалентною схемою заміщення трансформатора. На рис. 9.4,а представлена Т-подібна схема заміщення трансформатора. У тих випадках, ко­

ли Z 1 І1 невелике порівняно з U1 , вважають U1 ~ U, схема заміщення спрощу­ється (рис. 9.5,б). Така схема називається Г-подібною. Тут XK = Х1 + Х'2;

RK = R + R2.

У режимах роботи трансформатора, близьких до короткого замикання, коли Ij0<< Ij, із схеми рис. 9.4,б виключають гілку RM -ХМ(рис. 9.4,в).

Еквівалентні схеми заміщення трансформатора використовують для ана­лізу й розрахунків режимів його роботи, тому їх називають розрахунковими схемами заміщення трансформатора.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я