Есть конспект?
Пришлите нам!

7. Трансформаторы.

Устройство и принцип работы трансформатора

Трансформатор – это статический электромагнитный аппарат, служащий для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока того же или иного напряжения при неизменной частоте.

Трансформатор состоит из 2-х основных частей: магнитопровода (сердечника) и обмоток.

Для уменьшения потерь от вихревых токов, возникающих при перемагничивании, сердечники собирают из тонких пластин толщиной 0,3 – 0,5 мм трансформаторной стали. Пластины изолируют друг от друга, покрывая их изолирующей плёнкой.

 

 

Простейший трансформатор состоит из сердечника и двух обмоток – первичной и вторичной. Если к первичной обмотке трансформатора подвести переменное напряжение U1, то в ней появится некоторый ток i01, который создает в сердечнике магнитный поток Φо. Этот поток наведёт в обеих обмотках ЭДС индукции e1 и e2:

 

 e1 = - w1;

e2 = - w2 , где

w1 и  w2 – число витков в первичной и вторичной обмотках.

Если приложенное напряжение U1 = Um1∙ sinωt,

то в идеальном трансформаторе (без потерь) его первичная обмотка будет представлять собой чистую индуктивность, и ток будет отставать по фазе от напряжения на угол 90˚.

i01 = I01m ∙ sin(ωt – π/2), а магнитный поток будет совпадать по фазе с создающем его током:  Φо = Φm ∙ sin(ωt – π/2) =  - Φm ∙ cosωt.

Тогда ЭДС e1 и  e2 будут равны:

 

e1 = - w1 = - w1∙ω∙Φm∙sinωt = - Em1∙sinωt

e2 = - w2= - w2∙ω∙Φm∙sinωt = - Em2∙sinωt.

 

Для идеального трансформатора в соответствии со вторым законом Кирхгофа:

 u1 = -e1  и  u2e2, то

   =   или    = =  = k,             (7.5)

где k – коэффициент трансформации. Отношение напряжений на вторичной и первичной обмотках трансформатора равно отношению чисел витков в этих обмотках.

Формула (7.5) выполняется только для идеального трансформатора или в режиме холостого хода.

 

Преобразование электрической энергии в трансформаторе сопровождается потерями. Трансформатор не имеет движущихся частей, поэтому механические потери отсутствуют. Имеющиеся потери обусловлены явлениями гистерезиса, вихревыми токами рассеяния магнитного поля и активным сопротивлением обмоток.

В ферромагнетике, подвергаемом циклическому перемагничиванию, магнитный поток связан с током зависимостью, выражаемой петлей гистерезиса. При каждом перемагничивании затрачивается работа, пропорциональная площади петли гистерезиса. Эта работа вследствие внутреннего трения доменов идёт на нагревание сердечника.

Вихревые токи, или токи Фуко, возникающие в проводниках, находящихся в переменных магнитных полях, создаются в сердечнике трансформатора. Замыкаясь в толще сердечника, эти токи нагревают его и приводят к потерям энергии. Для уменьшения этих потерь сердечник набирают из тонких, изолированных друг от друга пластин.

 Потоки рассеяния создаются той частью магнитного потока, которая замыкается не через магнитопровод, а через воздух в непосредственной близости от витков. Они составляют около 1% от основного магнитного потока трансформатора.

Активное сопротивление обмоток создаёт потери за счёт токов, нагревающих обмотки.


Dr.BoT© Konspektiruem.ru