Защо е едс на индукция във вторичната намотка на трансформатор. Характеристики на изпълнението на магнитната верига на трансформатора

Как е подреден трансформатор?

(б, в) W x. W2се свързва с товара.

U 1 аз 1 Е.Този поток предизвиква ЕДС д 1И д 2в намотките на трансформатора:

ЕМП д 1 U 1, ЕМП д 2създава напрежение U 2

· Понижаващ трансформатор - трансформатор, който намалява напрежението (K> 1).

Какъв е коефициентът на трансформация?

Коефициент на трансформация - съотношението на работните напрежения в краищата на първичната и вторичната намотка с отворена верига на вторичните намотки (празен ход на трансформатора). K \u003d W 1 / W 2 \u003d e 1 / e 2.

За трансформатор, работещ в режим на празен ход, с достатъчна за практиката точност, можем да приемем, че.

Какви са номиналните параметри на трансформатора и какво определят?

Номиналната мощност е номиналната мощност на всяка от намотките на трансформатора. Номинален ток, напрежение на намотката. Външната характеристика е зависимостта на напрежението на клемите на трансформатора от тока, протичащ през товара, свързан към тези клеми, т.е. зависимост U2=f(I2) при U1=const. Натоварването се определя от коефициента на натоварване Kn=I2/I2nom ≈ I1/I1nom, ефективност - η = P2/P1

Как да определим номинални токовенамотки на трансформатора, ако е известна номиналната мощност на трансформатора?

Номиналната мощност на трансформатор с две намотки е номиналната мощност на всяка от намотките на трансформатора.

Уравнение за номинална мощност: S H =U1 * I1 ≈ U2 * I2

I1 = S H / U1; I2 = S H /U2

Какво се нарича външна характеристика на трансформатора и как да го получите?

Външната характеристика е зависимостта на напрежението на клемите на трансформатора от тока, протичащ през товара, свързан към тези клеми, т.е. зависимост U 2 =f(I 2) при U 1 =конст. Когато товарът (ток I 2) се промени, вторичното напрежение на трансформатора се променя. Това се дължи на промяната в спада на напрежението в съпротивлението вторична намоткааз 2" z 2 и промяна в EMF E 2 "=E 1 поради промяна в падането на напрежението върху съпротивлението на първичната намотка.

Уравненията за равновесие на ЕМП и напрежението приемат формата:

Ù 1 = –È 1 + Ì 1 " z 1, Ù 2 "=È 2 – Ì 2" z 2 " (1)

Стойността на натоварването в трансформаторите се определя от коефициента на натоварване:

K n \u003d I 2 / I 2 nom ≈ I 1 / I 1 nom;

Характерът на натоварването е ъгълът на фазовото изместване на вторичното напрежение и ток. В практиката често се използва формулата

U 2 \u003d U 20 (1 - Δu / 100),

Δu \u003d K n (u ka cosφ 2 + u kr sinφ 2)

u ka \u003d 100% I 1nom (R 1 - R 2 ") / U 1nom

u ka \u003d 100% I 1nom (X 1 - X 2 ") / U 1nom

Как да намерите процентната промяна във вторичното напрежение на трансформатор за даден товар?

Процентното изменение на вторичното напрежение ∆U 2% при променлив товар се определя, както следва: , където са вторичните напрежения съответно при празен ход и при даден товар.

Какво знаете за еквивалентните схеми на трансформатора и как се определят техните параметри?

Т-образна еквивалентна схема на трансформатор:

Как е подреден трансформатор?

Трансформаторът е статично електромагнитно устройство, предназначено да преобразува електрическа енергия чрез магнитен поток променлив токедно напрежение в AC електрическа енергия на друго напрежение при постоянна честота.

Електромагнитната верига на трансформатора (а) и конвенционалните графични символи на трансформатора (б, в)показано на фиг.1. Две намотки са разположени върху затворена магнитна верига, изработена от листове от електротехническа стомана. Първична намотка с брой навивки W xсвързан към източник на електрическа енергия с напрежение U . Вторична намотка с брой навивки W2се свързва с товара.

Какво определя ЕМП на намотките на трансформатора и каква е тяхната цел?

Под влияние на потиснат AC напрежение U 1протича ток в първичната намотка аз 1и има променящ се магнитен поток Е.Този поток предизвиква ЕДС д 1И д 2в намотките на трансформатора:

ЕМП д 1балансира по-голямата част от напрежението на източника U 1, ЕМП д 2създава напрежение U 2на изходните клеми на трансформатора.

3. В какви случаи трансформаторът се нарича повишаващ и в какви - понижаващ?

· Понижаващ трансформатор - трансформатор, който намалява напрежението (K> 1).

повишаващ трансформатор - трансформатор, който повишава напрежението (K<1).

ЛР 5. Изследване на режимите на работа на еднофазен трансформатор

Посочете основните структурни елементи на еднофазен трансформатор.

Еднофазен трансформатор се състои от магнитна верига (ядро) и две намотки, положени върху нея. Намотката, свързана към мрежата, се нарича първична, а намотката, към която е свързан приемникът на енергия, се нарича вторична. Магнитопроводът е изработен от феромагнитен материал и служи за усилване на магнитното поле и магнитният поток се затваря по него.

Характеристики на изпълнението на магнитната верига на трансформатора.

Магнитната верига на трансформатора е в магнитно поле с променлив ток и следователно по време на работа непрекъснато се ремагнетизира и в нея се индуцират вихрови токове, което консумира енергия, която отива за загряване на магнитната верига. За да се намалят загубите на енергия за обръщане на намагнитването, магнитната верига е направена от магнитно мек феромагнетик, който има ниска остатъчна индукция и лесно се ремагнетизира, и за да се намалят вихровите токове и, следователно, степента на нагряване на магнитната верига, магнитната верига се набира от отделни плочи от електрическа стомана, изолирани една спрямо друга.

3. Как се определят ЕМП на намотките на трансформатора, от какво зависят?

ЕМП на намотките на трансформатора се определя по формулите: E 1 \u003d 4,44 * Fm * f * N 1 И E 2 \u003d 4,44 * Fm * f * N 2

Където FM- максималната стойност на магнитния поток,

f- AC честота,

N 1И N 2- съответно броят на завоите на първичната и вторичната намотка.

По този начин ЕМП на намотките на трансформатора зависи от магнитния поток, честотата на променливия ток и броя на завъртанията на намотките, а съотношението между ЕМП зависи от съотношението на броя на завъртанията на намотките.

4. Назовете видовете загуби на енергия в трансформатор, от какво зависят?

По време на работа на трансформатора в него възникват два вида загуби на енергия:

1. Магнитните загуби са загуби на енергия, които възникват в магнитната верига. Тези загуби са пропорционални на мрежовото напрежение. Енергията в този случай се изразходва за повторно намагнитване на магнитната верига и за създаване на вихрови токове и се превръща в топлинна енергия, освободена в магнитната верига.

2. Електрически загуби са загубите на енергия, които възникват в намотките на трансформатора. Тези загуби се причиняват от токове, протичащи в намотките, и се определят: Re \u003d I 2 1 R 1 + I 2 2 R 2.

Че. електрическите загуби са пропорционални на квадратите на токовете, протичащи в намотките на трансформатора. В този случай енергията се изразходва за нагряване на намотките.

5. Как се определят магнитните загуби в трансформатор, от какво зависят?

За определяне на магнитните загуби в трансформатора се провежда експеримент XX, при който токът във вторичната намотка е нула, а в първичната намотка токът не надвишава 10% от I nom. защото когато се извършва този експеримент, електрическият приемник е изключен, тогава цялата мощност, измерена от ватметъра, включен във веригата на първичната намотка на трансформатора, е мощността на електрическите и магнитните загуби. Магнитните загуби са пропорционални на напрежението, приложено към първичната намотка. защото по време на експеримент XX се захранва първичната намотка U nom , тогава магнитните загуби ще бъдат същите като в номиналния режим. Електрическите загуби зависят от токовете в намотките и оттогава токът във вторичната намотка е нула, а в първичната намотка токът не надвишава 10% от номиналния ток и електрическите загуби са незначителни. По този начин, пренебрегвайки незначителните електрически загуби, ние вярваме, че цялата мощност, измерена по време на XX експеримент, е силата на магнитните загуби.

6. Как се определят електрическите загуби в трансформатор, от какво зависят?

За да се определят електрическите загуби в трансформатора, се извършва тест за късо съединение. За да направите това, е необходимо да намалите напрежението на вторичната намотка до нула, да затворите вторичните скоби един към друг и да увеличите напрежението, докато номиналните токове се установят в намотките. Напрежението, при което са зададени номиналните токове в намотките, се нарича напрежение на късо съединение. По правило напрежението на късо съединение е незначително и не надвишава 10% от номиналното напрежение.

Ще бъдат определени електрическите загуби в трансформатора по време на късо съединение :Re= I 2 1nom R 1 + I 2 2nom R 2.

защото при провеждане на тест за късо съединение в намотките на трансформатора се задават номинални токове, тогава електрическите загуби в тях ще бъдат същите като в номиналния режим. Магнитните загуби са пропорционални на напрежението на първичната намотка и тъй като В експеримента с късо съединение към първичната намотка се прилага незначително напрежение, тогава магнитните загуби са незначителни. По този начин, пренебрегвайки незначителните магнитни загуби, можем да приемем, че цялата мощност, измерена при теста за късо съединение, е мощността на електрическите загуби.

Принципът на действие на трансформатора се основава на явлението електромагнитна индукция (взаимна индукция). Взаимната индукция се състои в индуциране на ЕМП в индуктивна намотка, когато токът се променя в другата намотка.

Под въздействието на променлив ток в първичната намотка се създава променлив магнитен поток в магнитната верига

който прониква през първичната и вторичната намотки и индуцира в тях ЕДС

където са амплитудните стойности на ЕМП.

Ефективната стойност на ЕМП в намотките е

; .

Съотношението на ЕМП на намотките се нарича коефициент на трансформация

Ако , тогава вторичният ЕМП е по-малък от първичния и трансформаторът се нарича понижаващ трансформатор, с повишаващ трансформатор.

Въпрос 8. Векторна диаграма на идеален трансформатор на празен ход.

Тъй като разглеждаме идеален трансформатор, т.е. без разсейване и загуба на мощност, тогава токът x.x. е чисто магнетизиращо - , т.е. създава магнетизираща сила, която създава поток, където е магнитното съпротивление на сърцевината, състоящо се от съпротивлението на стоманата и съпротивлението в ставите на сърцевината. Както амплитудата, така и формата на кривата на тока зависят от степента на насищане на магнитната система. Ако потокът се променя синусоидално, тогава при ненаситена стомана кривата на тока на празен ход е почти също синусоидална. Но когато стоманата е наситена, кривата на тока все повече се различава от синусоидата (фиг. 2.7.) Кривата на тока x.x. могат да бъдат разложени на хармоници. Тъй като кривата е симетрична спрямо оста x, серията съдържа само хармоници от нечетен ред. Първи хармоничен ток аз ( 01) е във фаза с основния поток. От висшите хармоници най-силно е изразен третият хармоник на тока аз ( 03) .

Фигура 2.7 X.X токова крива

Ефективна стойност на тока на празен ход:

. (2.22)

Тук аз 1 м , аз 3 м , аз 5 м- амплитудите на първия, третия и петия хармоник на тока на празен ход.

Тъй като токът на празен ход изостава от напрежението с 90 , активната мощност, консумирана от идеален трансформатор от мрежата, също е нула, т.е. Идеалният трансформатор черпи чисто реактивна мощност и магнетизиращ ток от мрежата.

Векторната диаграма на идеален трансформатор е показана на фиг. 2.8.

Ориз. 2.8. Векторна диаграма на идеален трансформатор

Въпрос 9 Векторна диаграма на празен ход на реален трансформатор.

В истински трансформатор има разсейване и загуби в стомана и мед. Тези загуби се покриват от мощността Р 0 влизане в трансформатора от мрежата.

Където аз 0a - ефективна стойност на активния компонент на тока на празен ход.

Следователно токът на празен ход на истински трансформатор има две напускания: намагнитване - създаване на основния поток Еи съвпадащ с него във фаза и активен:

Векторната диаграма на реален трансформатор е показана на фиг. 2.9.

Следователно обикновено този компонент има малък ефект върху стойността на тока на празен ход, но повече влияе върху формата на кривата на тока и неговата фаза. Кривата на тока на празен ход е очевидно несинусоидална и се измества във времето спрямо кривата на потока под ъгъл, наречен ъгъл на магнитно забавяне.

Чрез замяна на действителната крива на тока на празен ход с еквивалентна синусоида, уравнението на напрежението може да бъде написано в сложна форма, където всички количества варират синусоидално:

Като се има предвид, че ЕМП на разсейване,

Ориз. 2.9. Векторна диаграма на реален трансформатор

Ориз. 2.11. Векторна диаграма на напрежението на трансформатора, режим на празен ход

E1=4,44fw1Фm.....U1= -E1+r1*I1+X1*I1...

U1 е комплексът на напрежението на първичната намотка;

E1 - EMF комплекс на първичната намотка;

I1 е текущият комплекс на първичната намотка;

r1 е резистивното съпротивление на първичната намотка;

X1 е индуктивното съпротивление на утечката на първичната намотка.

ЕМП, индуцирана в първичната намотка на трансформатора, уравнения на напрежението за първичната намотка на трансформатора.

E1=4.44fw2Фm.....U1= E2+r2*I2+X2*I2...

U2 - комплексно напрежение на вторичната намотка;

E2 - EMF комплекс на вторичната намотка;

I2 - токов комплекс на вторичната намотка;

r2 е резистивното съпротивление на вторичната намотка;

X2 - индуктивно съпротивление на утечка на вторичната намотка.

6. Опит на празен ход, параметри, определени по време на експеримента.Опитът на празен ход (фиг. 11.4, а) се използва за определяне на коефициента на трансформация. В този случай намотката за ниско напрежение е свързана към устройство (регулатор на потенциала), което позволява промяна на напрежението, подадено към трансформатора в широк диапазон, и намотката за високо напрежение е отворена. За да се определи коефициентът на трансформация, е достатъчно да се подаде напрежение от 0,1 UH за трансформатори с ниска мощност и (0,33 ... 0,5) UH за трансформатори с висока мощност към намотката с ниско напрежение. Спадът на напрежението в първичната намотка е много малък. С приемлива точност можем да приемем, че E1 \u003d U1 и E2 \u003d U2, тъй като токът във вторичната намотка е практически нула. От опита на празен ход на трансформатора се определят и зависимостите на тока на празен ход Ix, консумацията на мощност Px и фактора на мощността cosφ от стойността на входното напрежение U1, при отворена вторична намотка, т.е. при I2 = 0. ток на празен ход на силови трансформатори е от 10 (за трансформатори с ниска мощност) до 2% (за мощни трансформатори) от номиналния. Когато се вземат характеристиките на празен ход, входното напрежение се променя в диапазона от 0,6 до 1,2 UH по такъв начин, че да се получат 6 ... 7 показания. Фигура 11.4.6 показва приблизителен изглед на характеристиките на празен ход. Мощността на празен ход характеризира електрическата енергия, консумирана в самия трансформатор, тъй като не се консумира енергия от вторичната намотка. Енергията в трансформатора се изразходва за нагряване на намотките от преминаващия през тях ток и нагряване на сърцевината на стоманата (вихрови токове и хистерезис). Загубите на нагряване на намотките (загубите в намотките) по време на празен ход са незначителни. На практика можем да приемем, че всички загуби на празен ход са концентрирани в стоманата на сърцевината и отиват за нейното нагряване.

7. Опит от късо съединение на трансформатора, ODA параметри по време на експеримента.Тестът за късо съединение се извършва съгласно схемата, показана на фигура 11.5, а. Към намотката за ниско напрежение се прилага напрежение, при което номиналният ток протича в намотката за високо напрежение на късо. Това напрежение се нарича напрежение на късо съединение ek%; стойността му е дадена в паспорта на трансформатора като процент от номиналното. Тъй като в този експеримент, поради ниското напрежение, подадено към намотката за ниско напрежение, магнитният поток в сърцевината е много малък и сърцевината не се нагрява, се смята, че цялата мощност, консумирана от трансформатора по време на теста за късо съединение се изразходва за електрически загуби в проводниците на намотката. Характеристиките на късо съединение (фиг. 11.5,6) са зависимостите на консумирания ток Ik, мощността Pk и фактора на мощността cosφ, от приложеното напрежение при затворена вторична намотка.

10. Схеми за свързване на намотките на 3-фазни трансформатори. коефициент на използване.Намотките на трифазните трансформатори са свързани в звезда (Y) или триъгълник (D). Обикновено първичните намотки са свързани в звезда, а вторичните намотки са свързани в триъгълник или и двете намотки са свързани в звезда Трифазният трансформатор има две трифазни намотки - висока (HV) и ниска (LV ) напрежение, всяка от които включва три фазови намотки или фаза. По този начин трифазен трансформатор има шест независими фазови намотки и 12 изхода със съответните скоби, а началните изходи на фазите на намотката с по-високо напрежение са обозначени с буквите A, B, C, крайните изходи са X, Y, Z, и за подобни изходи на фазите на намотката за ниско напрежение, такива обозначения: a, b, c, x, y, z ...... В повечето случаи намотките на трифазни трансформатори са свързани или в звезда -Y или в триъгълник - Δ ... Фазов фактортрансформациите на трифазен трансформатор се намират като съотношение на фазовите напрежения при празен ход: nf = Ufinh / Ufnh... коефициент на линейна трансформация, в зависимост от коефициента на фазова трансформация и вида на свързване на фазовите намотки на по-високото и по-ниското напрежение на трансформатора, съгласно формулата: nl \u003d Ulvnh / Ulnh.

11. Групи за свързване на намотки на 3-фазни трансформатори. за каква цел се определя.Групата връзки на намотките на трансформатора характеризира взаимната ориентация на напреженията на първичната и вторичната намотка

12. Условия за включване на трансформатори за паралелна работа.при условие, че нито една от намотките не е натоварена с ток, надвишаващ допустимия ток за тази намотка ..... Паралелната работа на трансформаторите е разрешена при следните условия: групите за свързване на намотките са еднакви, съотношението на мощността на трансформаторите не е повече от 1:3, коефициентите на трансформация не се различават с повече от ±0,5%, напреженията на късо съединение се различават с не повече от ±10%, трансформаторите са фазирани.

14. Автотрансформатор.Основната разлика между автотрансформатора и конвенционалния трансформатор е, че двете му намотки задължително имат електрическа връзка помежду си, те са навити на един прът, мощността се прехвърля между намотките по комбиниран начин - чрез електромагнитна индукция и електрическа връзка. Това намалява размера и цената на машината.

15. Принципът на работа на асинхронен двигател Устройството на статора на асинхронна машина.Към намотката на статора се прилага променливо напрежение, под действието на което през тези намотки протича ток и създава въртящо се магнитно поле. Магнитното поле действа върху намотката на ротора и, съгласно закона за електромагнитната индукция, индуцира в тях ЕМП. В намотката на ротора, под действието на индуцираната ЕМП, възниква ток. Токът в намотката на ротора създава собствено магнитно поле, което взаимодейства с въртящото се магнитно поле на статора. В резултат на това върху всеки зъб на магнитната верига на ротора действа сила, която, сумирайки се около обиколката, създава въртящ се електромагнитен момент, който кара ротора да се върти ............ Неподвижната част на машината се нарича статор.Сърцевината на статора се набира от листова електрическа стомана и се пресова в рамката.На вътрешната повърхност на листовете, от които е направена сърцевината на статора, има жлебове, в които е трифазна намотка (3 ) е положен. Намотката на статора е направена главно от изолирана медна тел с кръгло или правоъгълно напречно сечение, по-рядко от алуминий.

16. Устройството на асинхронна машина с късо съединение. ротор, конструкцията на основните монтажни единици.се състои от медни или алуминиеви пръти, късо съединени в краищата с два пръстена. Пръчките на тази намотка се вкарват в жлебовете на сърцевината на ротора. Ядрата на ротора и статора имат зъбна конструкция. При машини с малка и средна мощност намотката обикновено се извършва чрез изливане на разтопена алуминиева сплав в жлебовете на сърцевината на ротора.

17 .Устройството на асинхронна машина с фазов ротор, конструкцията на основните монтажни единици.Фазовият ротор има трифазна (в общия случай многофазна) намотка, обикновено свързана по схемата "звезда" и изведена към контактни пръстени, които се въртят с вала на машината. С помощта на графитни или металографитни четки, плъзгащи се по тези пръстени, във веригата на намотката на ротора: включва баластен реостат, действащ като допълнително активно съпротивление, еднакво за всяка фаза. Чрез намаляване на стартовия ток стартовият момент се увеличава до максималната стойност (в първия момент от време). Такива двигатели се използват за задвижване на механизми, които се пускат при голямо натоварване или изискват плавен контрол на скоростта. включват индуктивности (дросели) във всяка фаза на ротора. Съпротивлението на дроселите зависи от честотата на протичащия ток и, както знаете, в ротора в първия момент на стартиране честотата на плъзгащите се токове е най-висока. Когато роторът се върти, честотата на индуцираните токове намалява, а с това съпротивлението на индуктора намалява. Индуктивното съпротивление във веригата на фазовия ротор ви позволява да автоматизирате процедурата за стартиране на двигателя и, ако е необходимо, да „хванете“ двигателя, чиято скорост е паднала поради претоварване. Индуктивността поддържа токовете на ротора на постоянно ниво. включва DC захранване, като по този начин се получава синхронна машина. включете захранването на инвертора, което ви позволява да контролирате характеристиките на скоростта и въртящия момент на двигателя. Това е специален режим на работа (машина с двойно подаване). Има възможност за включване на мрежово напрежение без инвертор, с фазиране обратно на това, с което се захранва статора.

18. Аналогия между асинхронна машина и трансформатор. ЕМП, индуцирана в намотките на статора в режим xx.В асинхронен двигател ролята на вторичната намотка на трансформатора се играе от намотката на ротора, а статорът е първичната намотка ..... Тук обаче е необходимо да се обърне внимание на следната съществена разлика между асинхронен двигател и трансформатор ..... Както знаете, трансформаторът има и двете намотки - първичната и вторичната са неподвижни, докато при асинхронния двигател имаме неподвижна само първична (статорна) намотка, докато вторичната (въртяща) намотка на асинхронен двигател е подвижен; поради това честотата на токовете, протичащи във вторичната верига (ротор) на асинхронен двигател, е променлива, която, както знаете, не се наблюдава в трансформаторите.

20. Загуби и КПД на асинхронен двигател.СтрМайките се делят на механични, магнитни и електрически. Механичните загуби в асинхронния двигател се причиняват от триене в лагерите и триене на въртящите се части срещу въздуха. Допълнителни загуби се причиняват от наличието на разсеяни полета в двигателя и пулсации на полето в зъбите на ротора и статора. Коефициент на полезно действие на асинхронен двигател η = Р2/Р1 = 1 - ∑р/ Р1.

21. Принципът на действие на 3-фазен асинхронен двигател.При свързване към мрежата в статора възниква кръгово въртящо се магнитно поле, което прониква в намотката на ротора с късо съединение и индуцира в него индукционен ток. Оттук нататък, следвайки закона на Ампер (емф действа върху проводник с ток, поставен в магнитно поле), роторът започва да се върти. Скоростта на ротора зависи от честотата на захранващото напрежение и от броя на двойките магнитни полюси. Разликата между честотата на въртене на магнитното поле на статора и честотата на въртене на ротора се характеризира с приплъзване. Двигателят се нарича асинхронен, защото честотата на въртене на магнитното поле на статора не съвпада с честотата на въртене на ротора. Синхронният двигател има разлика в дизайна на ротора. Роторът е или постоянен магнит или електромагнит, или има част от катерица (за стартиране) и постоянни или електромагнити. В синхронния двигател скоростта на въртене на магнитното поле на статора и скоростта на въртене на ротора са еднакви. За да започнете, използвайте спомагателни асинхронни електродвигатели или ротор с намотка с катерица.

Подобна информация.

Продължаваме да се запознаем с електронните компоненти и в тази статия ще разгледаме устройство и принцип на действие на трансформатора.

Трансформаторите се използват широко в радио- и електротехниката и се използват за пренос и разпределение на електрическа енергия в електрически мрежи, за захранване на вериги на радиооборудване, в преобразувателни устройства, като заваръчни трансформатори и др.

Трансформаторпредназначени да преобразуват променливо напрежение от една величина в променливо напрежение от друга величина.

В повечето случаи трансформаторът се състои от затворена магнитна верига (ядро) с две (намотки), разположени върху нея, електрически несвързани помежду си. Магнитната верига е направена от феромагнитен материал, а намотките са навити с изолирана медна жица и поставени върху магнитната верига.

Една намотка е свързана към източник на променлив ток и се нарича първичен(I), напрежението се премахва от другата намотка, за да захрани товара и намотката се извиква втори(II). Схематично разположение на прост трансформатор с две намотки е показано на фигурата по-долу.

1. Принципът на действие на трансформатора.

Принципът на работа на трансформатора се основава на явлението електромагнитна индукция.

Ако към първичната намотка се приложи променливо напрежение U1, тогава променлив ток ще тече през завоите на намотката io, които около намотката и в магнитната верига ще създадат променливо магнитно поле. Магнитното поле образува магнитен поток Fo, който, преминавайки през магнитната верига, пресича завоите на първичната и вторичната намотка и индуцира (индуцира) променлива ЕМП в тях - e1И д2. И ако свържете волтметър към клемите на вторичната намотка, той ще покаже наличието на изходно напрежение U2, която ще бъде приблизително равна на индуцираната емф д2.

Когато е свързан към вторичната намотка на товар, например лампа с нажежаема жичка, в първичната намотка се появява ток I1, който образува променлив магнитен поток в магнитната верига F1променя се със същата честота като тока I1. Под въздействието на променлив магнитен поток във веригата на вторичната намотка възниква ток I2, което от своя страна създава противодействащ магнитен поток според закона на Ленц F2, стремейки се да демагнетизира магнитния поток, който го генерира.

В резултат на демагнетизиращото действие на потока F2в магнитната верига се установява магнитен поток Foравна на разликата в потока F1И F2и да бъдеш част от потока F1, т.е.

Полученият магнитен поток Foосигурява пренос на магнитна енергия от първичната към вторичната намотка и индуцира електродвижеща сила във вторичната намотка д2, под въздействието на които протича ток във вторичната верига I2. Поради наличието на магнитен поток Foи има течение I2, което ще бъде колкото повече, толкова повече Fo. Но в същото време, толкова по-актуален I2, толкова по-голям е противоположният поток F2и следователно по-малко Fo.

От казаното следва, че за определени стойности на магнитния поток F1и съпротива вторична намоткаИ товариса зададени подходящи стойности на ЕМП д2, текущ I2и поток F2, осигуряващ баланса на магнитните потоци в магнитната верига, изразен с горната формула.

По този начин разликата в потока F1И F2не може да бъде равно на нула, тъй като в този случай няма да има главна нишка Fo, а без него не би могло да има поток F2и ток I2. Следователно, магнитният поток F1, създаден от първичния ток I1, винаги по-голям магнитен поток F2генериран от вторичния ток I2.

Големината на магнитния поток зависи от тока, който го създава и от броя навивки на намотката, през която преминава.

Напрежението на вторичната намотка зависи от съотношението на броя на завъртанията в намотките. При същия брой завъртания напрежението на вторичната намотка ще бъде приблизително равно на напрежението, подадено към първичната намотка, и такъв трансформатор се нарича разделяне.

Ако вторичната намотка съдържа повече навивки от първичната, тогава развитото в нея напрежение ще бъде по-голямо от напрежението, подадено към първичната намотка, и такъв трансформатор се нарича повдигане.

Ако вторичната намотка съдържа по-малко намотки от първичната, тогава нейното напрежение ще бъде по-малко от напрежението, подадено към първичната намотка, и такъв трансформатор се нарича понижаване.

Следователно. Чрез избор на брой навивки на намотките, при дадено входно напрежение U1получите желаното изходно напрежение U2. За да направите това, те използват специални методи за изчисляване на параметрите на трансформаторите, с помощта на които се изчисляват намотките, се избира напречното сечение на проводниците, определя се броят на завоите, както и дебелината и вида на магнитна верига.

Трансформаторът може да работи само в AC вериги. Ако неговата първична намотка е свързана към източник на постоянен ток, тогава в магнитната верига се образува магнитен поток, който е постоянен във времето, по големина и посока. В този случай няма да се индуцира променливо напрежение в първичната и вторичната намотка и следователно няма да се прехвърля електрическа енергия от първичната верига към вторичната. Ако обаче в първичната намотка на трансформатора тече пулсиращ ток, тогава във вторичната намотка ще се индуцира променливо напрежение, чиято честота ще бъде равна на честотата на пулсациите на тока в първичната намотка.

2. Трансформаторно устройство.

2.1. Магнитна сърцевина. магнитни материали.

Предназначение магнитна сърцевинае да се създаде затворен път за магнитния поток, който има минимално магнитно съпротивление. Следователно, магнитните вериги за трансформатори са направени от материали с висока магнитна проницаемост в силни променливи магнитни полета. Материалите трябва да имат ниски загуби от вихрови токове, за да не прегряват магнитната верига при достатъчно високи стойности на магнитна индукция, да са достатъчно евтини и да не изискват сложна механична и термична обработка.

Магнитни материали, използвани за производството на магнитни ядра, се произвеждат под формата на отделни листове или под формата на дълги ленти с определена дебелина и ширина и се наричат електротехнически стомани.
Листовите стомани (GOST 802-58) се произвеждат чрез горещо и студено валцуване, зърнестите лентови стомани (GOST 9925-61) се произвеждат само чрез студено валцуване.

Също така се използват желязо-никелови сплави с висока магнитна проницаемост, например пермалой, перминдур и др. (GOST 10160-62) и нискочестотни магнитно меки ферити.

За производството на различни сравнително евтини трансформатори се използват широко електротехнически стомани, имащи ниска цена и позволяващи на трансформатора да работи както с постоянно намагнитване на магнитната верига, така и без него. Най-голямо приложение са намерили студеновалцуваните стомани, които имат по-добри характеристики от горещовалцуваните стомани.

Сплави с висока магнитна пропускливостизползвани за производството на импулсни трансформатори и трансформатори, предназначени да работят при повишени и високи честоти от 50 - 100 kHz.

Недостатъкът на такива сплави е тяхната висока цена. Така например цената на пермалой е 10-20 пъти по-висока от цената на електрическата стомана, а пермендурът е 150 пъти по-висок. Въпреки това, в някои случаи използването им може значително да намали теглото, обема и дори общата цена на трансформатора.

Другият им недостатък е силното влияние върху магнитната проницаемост на постоянните отклонения, променливите магнитни полета, както и ниската устойчивост на механични натоварвания - удар, натиск и др.

от магнитно меки нискочестотни феритис висока начална пропускливост се правят пресовани магнитни вериги, които се използват за производството на импулсни трансформатори и трансформатори, работещи на високи честоти от 50 - 100 kHz. Предимството на феритите е тяхната ниска цена, а недостатъкът е ниската индукция на насищане (0,4 - 0,5 T) и силната температурна и амплитудна нестабилност на магнитната проницаемост. Следователно те се използват само в слаби полета.

Изборът на магнитни материали се извършва въз основа на електромагнитните характеристики, като се вземат предвид условията на работа и предназначението на трансформатора.

2.2. Видове магнитни вериги.

Магнитопроводите на трансформаторите се делят на ламиниран(подпечатан) и лента(усукани), изработени от листови материали и пресовани от ферити.

Ламиниранмагнитните ядра се сглобяват от плоски щамповани плочи с подходяща форма. Освен това плочите могат да бъдат направени от почти всякакви, дори много крехки материали, което е предимството на тези магнитни ядра.

Лентамагнитните вериги са направени от тънка лента, навита под формата на спирала, чиито навивки са здраво свързани помежду си. Предимството на лентовите магнитни вериги е пълното използване на свойствата на магнитните материали, което намалява теглото, размера и цената на трансформатора.

В зависимост от вида на магнитната верига трансформаторите се разделят на прът, бронираниИ тороидален. Освен това всеки от тези видове може да бъде както прът, така и лента.

прът.

В магнитни вериги тип прътнамотката е разположена на два пръта ( прътнаречена част от магнитната верига, върху която са поставени намотките). Това усложнява конструкцията на трансформатора, но намалява дебелината на намотката, което спомага за намаляване на индуктивността на утечка, консумацията на проводник и увеличава охлаждащата повърхност.

Пръчковите магнитни вериги се използват в изходни трансформатори с ниско ниво на шум, тъй като те са нечувствителни към въздействието на външни нискочестотни магнитни полета. Това се обяснява с факта, че под въздействието на външно магнитно поле в двете намотки се индуцират противоположни по фаза напрежения, които, ако навивките на намотките са еднакви, взаимно се компенсират. Като правило сърцевините на трансформаторите са направени с голяма и средна мощност.

бронирани.

В магнитната верига брониран типнамотката е разположена на централния прът. Това опростява конструкцията на трансформатора, позволява по-пълно използване на прозореца на намотката и също така създава известна механична защита за намотката. Следователно такива магнитни вериги са получили най-голямо приложение.

Известен недостатък на бронираните магнитни вериги е тяхната повишена чувствителност към нискочестотни магнитни полета, което ги прави неподходящи за използване като изходни трансформатори с ниско ниво на шум. Най-често трансформаторите със средна мощност и микротрансформаторите се правят бронирани.

Тороидален.

Тороидаленили пръстентрансформаторите позволяват по-добро използване на магнитните свойства на материала, имат ниски потоци на изтичане и създават много слабо външно магнитно поле, което е особено важно при високочестотни и импулсни трансформатори. Но поради сложността на производството на намотки, те не се използват широко. Най-често те са изработени от ферит.

За да се намалят загубите от вихрови токове, ламинираните магнитни ядра се сглобяват от щамповани плочи с дебелина 0,35 - 0,5 mm, които са покрити от едната страна със слой лак с дебелина 0,01 mm или с оксиден филм.

Лентата за лентови магнитни вериги има дебелина от няколко стотни до 0,35 mm и също е покрита с електроизолираща и едновременно с това лепилна суспензия или оксиден филм. И колкото по-тънък е изолационният слой, толкова по-плътно е запълването на напречното сечение на магнитната верига с магнитен материал, толкова по-малки са общите размери на трансформатора.

Напоследък, наред с разглежданите "традиционни" видове магнитни сърцевини, се използват нови форми, които включват магнитни сърцевини тип "кабел", "обърнат тор", бобина и др.

Нека приключим с това за сега. Да продължим в.
Късмет!

Литература:

1. В. А. Волгов - "Детайли и компоненти на радиоелектронно оборудване", Енергетика, Москва, 1977 г.
2. В. Н. Ванин - "Токови трансформатори", Издателство "Енергия", Москва 1966 г. Ленинград.
3. И. И. Белополски - "Изчисляване на трансформатори и дросели с малка мощност", М-Л, Госенергоиздат, 1963 г.
4. Г. Н. Петров - „Трансформърс. Том 1. Основи на теорията, Държавно енергийно издателство, Москва 1934 г. Ленинград.
5. В. Г. Борисов, - "Млад радиолюбител", Москва, "Радио и комуникация", 1992 г.