Электромагнитные преобразователи энергии

В разделе необходимо изучить следующие вопросы: назначение и области применения трансформаторов; устройство и принцип действия однофазного трансформатора.

Трансформаторы предназначены для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

Однофазный трансформатор состоит из магнитопровода, выполненного из электротехнической стали, и двух обмоток высшего и низшего напряжения. При изучении принципа действия трансформатора важно уяснить, как происходит передача энергии из первичной обмотки во вторичную.

При подключении первичной обмотки трансформатора к сети в его магнитопроводе возникает магнитный поток Ф, пронизывающий обе обмотки. Значение магнитного потока при холостом ходе и при нагрузке почти не изменяется. Не изменяется и создающая магнитный поток намагничивающая сила F, равная при любой нагрузке геометрической сумме намагничивающих сил обеих обмоток

.

Из этого уравнения, называемого уравнением намагничивающих сил трансформатора, следует, что всякое изменение вторичного тока I₂ вызывает мгновенное изменение тока I₁ в такой степени, чтобы намагничивающая сила осталась неизменной.

Действующее значение индуктированной ЭДС в обмотках пропорционально частоте, числу витков и амплитуде магнитного потока

,

следовательно, ЭДС с изменением нагрузки трансформатора не изменяется. Коэффициент трансформации трансформатора равен

.

Силовые трансформаторы имеют высокий КПД – 96 - 99%. Потери энергии в них разделяют на постоянные и переменные. Постоянные потери - потери в магнитопроводе на перемагничивание сердечника и от вихревых токов. Они пропорциональны напряжению в квадрате и не зависят от нагрузки. Переменные потери - потери в обмотках, они пропорциональны полному току в квадрате. Мощность трансформатора ограничивается допустимым нагревом и измеряется в кВА.

При изучении измерительных трансформаторов обратите внимание, почему нельзя разрывать вторичную обмотку трансформатора тока под нагрузкой.

Литература: [1, с. 262-288], [7, с. 135-173], [8], [10].

Вопросы для самопроверки

1. Объясните устройство и назначение силовых трансформаторов.

2. Что называют коэффициентом трансформации трансформатора?

3. Объясните принцип работы трансформатора.

4. Какие потери энергии происходят в трансформаторе и от чего они зависят?

5. Изобразите схему замещения трансформатора.

5. Объясните устройство трехфазного трансформатора.

6. Как устроено охлаждение трансформаторов и для чего оно нужно?

7. Поясните преимущества и недостатки автотрансформатора.