Однофазные трансформаторы

Однофазные трансформаторы: примеры задач с решением

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, служащий для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения без изменения частоты.

Трансформатор был изобретен в 1876 году знаменитым русским электротехником П.Н. Яблочковым. Современные трансформаторы весьма разнообразны в своем исполнении и могут быть однофазными, трехфазными и специальными.

Трансформаторы получили распространение как устройства, позволяющие передавать электрическую энергию на большие расстояния без существенных энергетических потерь в линиях электропередач. С их помощью также осуществляется объединение источников электрической энергии переменного тока различных уровней напряжений в единую энергетическую систему.

Устройство трансформатора схематично показано на рис. 1.

Однофазные трансформаторы
На замкнутом сердечнике, собранном из листовой стали, расположены две изолированные обмотки. К одной из них с числом витков Однофазные трансформаторы подводится электрическая энергия от источника переменного тока. Эта обмотка носит название первичной. От другой, вторичной обмотки с числом витков Однофазные трансформаторы энергия отводится к нагрузке.

Передача электрической энергии от источника через трансформатор к нагрузке осуществляется посредством переменного магнитного потока Ф, основная часть которого замыкается в стальном сердечнике, другая же часть его, проходя по воздуху, образует магнитные потоки рассеяния Однофазные трансформаторы.

По этой ссылке вы найдёте полный курс лекций по теоретическим основам электротехники (ТОЭ):

Основы электротехники: формулы и лекции и примеры заданий с решением

При включении первичной обмотки в сеть переменного тока в ней возникает переменный ток, который образует переменное магнитное поле. Это поле усиливается сердечником, и передается на вторичную обмотку трансформатора.

Под воздействием переменного магнитного потока в обеих обмотках, согласно принципу электромагнитной индукции возникает переменная ЭДС. В этом случае ЭДС первичной обмотки называется ЭДС самоиндукции. Он ограничивает значение первичного тока трансформатора, поскольку он направлен против приложенного напряжения. ЭДС вторичной обмотки называется ЭДС взаимной индукции. Она является источником тока вторичной обмотки (тока нагрузки). Действующие значения ЭДС обмоток определяют формулами:

Однофазные трансформаторы
где Однофазные трансформаторы - амплитуда магнитного потока; Однофазные трансформаторы - число витков первичной и вторичной обмоток; Однофазные трансформаторы - частота переменного тока.

Трансформатор может работать только на переменном токе, так на постоянном токе Однофазные трансформаторы ЭДС в его обмотках не возникает.

Трансформатор - статический электромагнитный аппарат, в котором посредством магнитного поля, переменный ток одного напряжения преобразуется в переменный ток другого напряжения той же частоты.

Простейший силовой трансформатор состоит из двух катушек (обмоток), расположенных на одном замкнутом магнитопроводе (сердечнике). Обмотки изолированы от магниторовода и не имеют электрической связи друг с другом. Магнитопровод выполняет роль каркаса и служит для усиления индуктивной связи между обмотками. Его изготавливают из отдельных пластин электротехнической стали, изолированных друг- от друга слоем окисла или лака. Делается это для уменьшения вихревых токов.

Возможно вам будут полезны данные страницы:

Мощность трехфазной цепи

Трансформаторы

Трехфазные трансформаторы

Задачи по электротехнике с решениями

Обмотка, которая подключается к источнику энергии, называется первичной, обмотка, к которой подключается приемник энергии, называется вторичной. Мощность первичной обмотки передается во вторичную электромагнитным путем.

Однофазные трансформаторы
Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки Однофазные трансформаторы к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток Однофазные трансформаторы. При отсутствии нагрузки на вторичной обмотке Однофазные трансформаторы этот ток будет являться током холостого хода, а его действующее значение будет -зависеть от сопротивления трансформатора Однофазные трансформаторы

Однофазные трансформаторы
Этот ток создает основной магнитный поток Фосн и магнитный поток рассеяния Однофазные трансформаторы, при этом Однофазные трансформаторы Замыкаясь в магнитопроводе, основной магнитный поток сцепляется с обеими обмотками (первичной и вторичной) и, согласно принципу элекгромагнитной индукции, индуцирует в них электродвижущие силы ЭДС:

- в первичной обмотке возникает ЭДС самоиндукции, действующее значение которого:

Однофазные трансформаторы
- во вторичной обмотке возникает ЭДС взаимоиндукции, действующее значение которого:

Однофазные трансформаторы

Знамения ЭДС Однофазные трансформаторы, наводимых в обмотках трансформатора, отличаются друг- от друга числом витков Однофазные трансформаторы. По этому, для трансформаторов вводится понятие коэффициента трансформации.

Однофазные трансформаторы
где Однофазные трансформаторы - ЭДС и число витков обмотки, подключенной к сети с более высоким напряжением,

Однофазные трансформаторы - ЭДС и число витков обмотки, подключенной к сети с менее высоким напряжением.

Таким образом, применяя обмотки с требуемым соотношением витков, можно изготовить трансформатор на любое отношение напряжений. В повышающих трансформаторах Однофазные трансформаторы, а в понижающих Ul > U2. Трансформаторы обладают свойством обратимости, один и тот же трансформатор можно использовать в качестве повышающего и понижающего. Но обычно трансформатор имеет определенное назначение: либо он повышающий, либо — понижающий.

При подключении нагрузки Однофазные трансформаторы к выводам вторичной обмотки трансформатора под действием ЭДС Однофазные трансформаторы в цепи этой обмотки создается вторичный ток Однофазные трансформаторы — ток нагрузки, а на выводах вторичной обмотки устанавливается напряжение Однофазные трансформаторы Действующее значение тока во вторичной обмотке определяется -законом Ома:

Однофазные трансформаторы
Ток Однофазные трансформаторы создает свой магнитный поток Однофазные трансформаторы, направленный встречно Однофазные трансформаторы. В результате основной магнитный поток будет складываться из двух магнитных потоков Однофазные трансформаторы, направленных встречно, и будет равен магнитному потоку грансформатора в режиме холостого хода:

Однофазные трансформаторы

Коэффициент мощности трансформатора Однофазные трансформаторы определяется как отношение полезной мощностиОднофазные трансформаторы к подводимой Однофазные трансформаторы.

Однофазные трансформаторы

Коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора определяется как отношение активной мощности на выходе вторичной обмотки Однофазные трансформаторы (полезная мощность) к активной мощности на входе первичной обмотки Однофазные трансформаторы (подводимая мощность):

Однофазные трансформаторы

На практике вводится понятие коэффициент загрузки трансформатора Однофазные трансформаторы. Это отношение тока, который действительно потребляет нагрузка грансформатора, к его номинальному току вторичной обмотки:

Однофазные трансформаторы

Однофазные трансформаторы
Благодаря отсутствию в трансформаторе вращающихся частей его КПД выше, чем у электрических машин. В трансформаторах большой мощности КПД достигает 98...99%.

Что такое теоретические основы электротехники (ТОЭ) вы узнаете по этой ссылке:

Для исследования однофазного трансформатора выполняются три опыта:

- опыт холостого хода: снимаются характеристики холостого хода;

- опыт короткого-замыкания: снимаются характеристики короткого замыкания;

- опыт под нагрузкой: снимается внешняя характеристика.

Опыт холостого хода это такой режим работы трансформатора, при котором к первичной обмотке подведено напряжение, а вторичная обмотка разомкнута (рис. 3), при этом Однофазные трансформаторы, Однофазные трансформаторы

Однофазные трансформаторы
При изменении напряжения Однофазные трансформаторы ток Однофазные трансформаторы до зоны перегиба изменяется пропорционально Однофазные трансформаторы, а затем резко возрастает (рис. 4). По зоне перегиба характеристики определяется номинальное напряжение на первичной обмотке грансформатора Однофазные трансформаторы, значение которого регламентирует ГОСТ (6, 12, 24, 36, 48, 110, 127, 220,380, 660 В).

Однофазные трансформаторы
Опыт позволяет определить коэффициент трансформации трансформатора как:

Однофазные трансформаторы

Важно отметить, что при режиме холостого хода значительно снижается costp электрических цепей, а, следовательно, этот режим является нежелательным при эксплуатации трансформаторов.

Опыт короткого замыкания — это такой режим работы трансформатора, когда вторичная обмотка -замкнута накоротко (рис. 5), а к первичной подводят такое напряжение, чтобы по обмоткам текли номинальные токи, при этом Однофазные трансформаторы.

В условиях эксплуатации, когда к трансформатору подведено номинальное напряжение Однофазные трансформаторы, короткое -замыкание является аварийным режимом и представляет большую опасность для трансформатора.

Однофазные трансформаторы
Пониженное напряжение, приложенное к первичной обмотке называют напряжением короткого -замыкания, обычно выражают его в % от номинального напряжения:

Однофазные трансформаторы

Зная Однофазные трансформаторы, определяют реальные токи короткого замыкания, необходимые для выбора аппаратов защиты:

Однофазные трансформаторы

Опьт нагрузки трансформатора это такой режим работы трансформатора, когда к выводам вторичной обмотки подключена нагрузка Однофазные трансформаторы (рис. 6).

Однофазные трансформаторы
В режиме нагрузки определяется внешняя характеристика трансформатора (рис.7): Однофазные трансформаторы, при Однофазные трансформаторы

Однофазные трансформаторы
Процентное падение напряжения на вторичной обмотке вычисляется как:

Однофазные трансформаторы

При номинальной нагрузке оно обычно лежит в пределах 4-6%.