Princippet for driften af transformeren er baseret på fænomenet elektromagnetisk induktion (gensidig induktion). Gensidig induktion består i at inducere en EMF i en induktiv spole, når strømmen ændres i den anden spole.
Under påvirkning af vekselstrøm i primærviklingen skabes en vekslende magnetisk flux i det magnetiske kredsløb
som trænger ind i de primære og sekundære viklinger og inducerer en emk i dem
hvor er amplitudeværdierne for EMF.
Den effektive værdi af EMF i viklingerne er
;
.
Forholdet mellem viklingernes EMF kaldes transformationsforholdet
Hvis , så er den sekundære EMF mindre end den primære, og transformeren kaldes en step-down transformer med en step-up transformer.
Spørgsmål 8. Vektordiagram af en ideel transformer i tomgang.
Da vi overvejer en ideel transformer, dvs. uden dissipation og effekttab, så strømmen x.x. er rent magnetiserende - , dvs. det skaber en magnetiserende kraft, der skaber en flux, hvor er kernens magnetiske modstand, bestående af stålets modstand og modstanden ved kernens samlinger. Både amplituden og formen af strømkurven afhænger af graden af mætning af det magnetiske system. Hvis flowet ændres sinusformet, så er tomgangsstrømkurven med umættet stål næsten også sinusformet. Men når stålet er mættet, er strømkurven mere og mere forskellig fra sinusformen (Fig. 2.7.) Strømkurven x.x. kan dekomponeres til harmoniske. Da kurven er symmetrisk om x-aksen, indeholder serien kun harmoniske af ulige orden. Første harmoniske strøm jeg ( 01) er i fase med hovedstrømmen. Af de højere harmoniske er den tredje harmoniske af strømmen mest udtalt jeg ( 03) .
Fig 2.7 X.X strømkurve
Effektiv værdi af tomgangsstrøm:
.
(2.22)
Her jeg 1 m , jeg 3 m , jeg 5 m- amplituder af den første, tredje og femte harmoniske af tomgangsstrømmen.
Da tomgangsstrømmen halter efter spændingen med 90 , er den aktive effekt forbrugt af en ideel transformer fra netværket også nul, dvs. En ideel transformer trækker rent reaktiv effekt og magnetiseringsstrøm fra netværket.
Vektordiagrammet for en ideel transformer er vist i fig. 2.8.
Ris. 2.8. Vektordiagram af en ideel transformer
Spørgsmål 9 Vektordiagram over tomgang af en rigtig transformer.
I en rigtig transformer er der dissipation og tab i stål og kobber. Disse tab dækkes af strømmen R 0 ind i transformeren fra netværket.
hvor jeg 0a - effektiv værdi af den aktive komponent af tomgangsstrømmen.
Derfor har tomgangsstrømmen af en rigtig transformator to forlader: magnetisering - skaber hovedstrømmen F og faldende sammen med den i fase, og aktiv:
Vektordiagrammet for en rigtig transformer er vist i fig. 2.9.
Normalt har denne komponent derfor ringe effekt på værdien af tomgangsstrømmen, men mere påvirker formen af strømkurven og dens fase. Den ubelastede strømkurve er klart ikke-sinusformet og forskydes i tid i forhold til fluxkurven med en vinkel kaldet den magnetiske lag-vinkel.
Ved at erstatte den faktiske tomgangsstrømkurve med en ækvivalent sinusformet, kan spændingsligningen skrives i kompleks form, hvor alle størrelser varierer sinusformet:
I betragtning af at spredningens EMF,
Ris. 2.9. Vektordiagram af en rigtig transformer
Ris. 2.11. Transformatorspændingsvektordiagram, ubelastet tilstand
LR 5. Undersøgelse af driftsformer for en enfaset transformer
Nævn de vigtigste strukturelle elementer i en enfaset transformer.
En enfaset transformer består af et magnetisk kredsløb (kerne) og to viklinger lagt på det. Den vikling, der er tilsluttet netværket, kaldes primær, og den vikling, som strømmodtageren er tilsluttet, kaldes sekundær. Det magnetiske kredsløb er lavet af et ferromagnetisk materiale og tjener til at forstærke magnetfeltet, og den magnetiske flux lukkes langs den.
Funktioner ved udførelsen af transformatorens magnetiske kredsløb.
Transformatorens magnetiske kredsløb er i et magnetisk vekselstrømsfelt, og derfor remagnetiserer det under drift kontinuerligt, og der induceres hvirvelstrømme i det, som forbruger energi, der går til at opvarme det magnetiske kredsløb. For at reducere energitab til magnetiseringsvending er det magnetiske kredsløb lavet af en magnetisk blød ferromagnet, som har en lav restinduktion og let remagnetiseres, og for at reducere hvirvelstrømme og dermed graden af opvarmning af det magnetiske kredsløb. magnetiske kredsløb er rekrutteret fra separate plader af elektrisk stål isoleret i forhold til hinanden.
3. Hvordan bestemmes transformatorviklingernes EMF, hvad afhænger de af?
Transformatorviklingernes EMF bestemmes af formlerne: E 1 \u003d 4,44 * Fm * f * N 1 og E 2 \u003d 4,44 * Fm * f * N 2
hvor fm- den maksimale værdi af den magnetiske flux,
f- AC frekvens,
N 1 og N 2- henholdsvis antallet af vindinger af de primære og sekundære viklinger.
Transformatorviklingernes EMF afhænger således af den magnetiske flux, frekvensen af vekselstrømmen og antallet af viklinger, og forholdet mellem EMF afhænger af forholdet mellem antallet af viklinger.
4. Nævn typerne af energitab i en transformer, hvad er de afhængige af?
Under driften af transformeren forekommer to typer energitab i den:
1. Magnetiske tab er energitab, der opstår i det magnetiske kredsløb. Disse tab er proportionale med netspændingen. Energien bruges i dette tilfælde på remagnetiseringen af det magnetiske kredsløb og på dannelsen af hvirvelstrømme og omdannes til termisk energi frigivet i det magnetiske kredsløb.
2. Elektriske tab er de energitab, der opstår i transformatorviklingerne. Disse tab er forårsaget af strømme, der flyder i viklingerne, og bestemmes: Re \u003d I 2 1 R 1 + I 2 2 R 2.
At. elektriske tab er proportionale med kvadraterne af de strømme, der flyder i transformatorviklingerne. I dette tilfælde bruges energi på at opvarme viklingerne.
5. Hvordan bestemmes magnetiske tab i en transformer, hvad afhænger de af?
For at bestemme de magnetiske tab i transformeren udføres et eksperiment XX, hvor strømmen i sekundærviklingen er nul, og i primærviklingen overstiger strømmen ikke 10 % af jeg nom. Fordi når du udfører dette eksperiment, er den elektriske modtager slukket, så er al den effekt målt af wattmåleren inkluderet i kredsløbet af transformatorens primære vikling kraften af elektriske og magnetiske tab. Magnetiske tab er proportionale med den spænding, der påføres primærviklingen. Fordi under forsøg XX forsynes primærviklingen U nom , så vil de magnetiske tab være de samme som i den nominelle tilstand. Elektriske tab afhænger af strømmene i viklingerne, og siden strømmen i sekundærviklingen er nul, og i primærviklingen overstiger strømmen ikke 10% af mærkestrømmen, og de elektriske tab er ubetydelige. Når man ser bort fra mindre elektriske tab, mener vi således, at hele den effekt, der blev målt under XX-eksperimentet, er styrken af magnetiske tab.
6. Hvordan bestemmes elektriske tab i en transformer, hvad afhænger de af?
For at bestemme de elektriske tab i transformeren udføres en kortslutningstest. For at gøre dette er det nødvendigt at reducere spændingen på sekundærviklingen til nul, lukke de sekundære klemmer til hinanden og øge spændingen, indtil de nominelle strømme er etableret i viklingerne. Spændingen, som mærkestrømmene er indstillet til i viklingerne, kaldes kortslutningsspændingen. Som regel er kortslutningsspændingen ubetydelig og overstiger ikke 10 % af den nominelle spænding.
Elektriske tab i transformeren under kortslutningsoplevelsen vil blive bestemt :Re= I 2 1nom R 1 + I 2 2nom R 2.
Fordi når der udføres en kortslutningstest i transformatorviklingerne, indstilles nominelle strømme, så vil de elektriske tab i dem være de samme som i nominel tilstand. Magnetiske tab er proportionale med spændingen på primærviklingen, og siden I kortslutningsforsøget påføres primærviklingen en ubetydelig spænding, så er de magnetiske tab ubetydelige. Når man ser bort fra mindre magnetiske tab, kan vi antage, at hele effekten målt i kortslutningstesten er effekten af elektriske tab.
I 1876 P.I. Yablochkov foreslog at bruge en transformer til at drive stearinlysene. I fremtiden blev designet af transformere udviklet af en anden russisk opfinder, en mekaniker HVIS. Usagin, der foreslog at bruge transformere til at drive ikke kun Yablochkov-stearinlys, men også andre forbrugere af elektrisk energi.
En transformer er en elektrisk enhed baseret på fænomenet gensidig induktion og designet til at konvertere vekselstrøm af en spænding til vekselstrøm af en anden spænding, men af samme frekvens. Den enkleste transformer har en stålkerne og to viklinger isoleret både fra kernen og fra hinanden.
Viklingen af en transformer, der er forbundet med en spændingskilde, kaldes primær vikling, og viklingen, som forbrugerne er forbundet til, eller transmissionsledninger, der fører til forbrugerne, kaldes sekundær vikling.
En vekselstrøm, der passerer gennem primærviklingen, skaber en vekslende magnetisk flux, som griber ind i sekundærviklingens vindinger og inducerer en emk i dem.
Da den magnetiske flux er variabel, er den inducerede EMF i transformatorens sekundære vikling også variabel, og dens frekvens er lig med frekvensen af strømmen i primærviklingen.
Den variable magnetiske flux, der passerer gennem transformatorens kerne, krydser ikke kun sekundærviklingen, men også transformatorens primære vikling. Derfor vil en EMF også blive induceret i den primære vikling.
Størrelsen af EMF induceret i transformatorens viklinger afhænger af frekvensen af vekselstrømmen, antallet af vindinger af hver vikling og størrelsen af den magnetiske flux i kernen. Ved en bestemt frekvens og en konstant magnetisk flux afhænger værdien af EMF for hver vikling kun af antallet af omdrejninger af denne vikling. Dette forhold mellem EMF-værdierne og antallet af omdrejninger af transformatorviklingerne kan udtrykkes med formlen: ?1 / ?2 = N1 / N2, hvor? 1 og?
Forskellen mellem EMF og spænding er så lille, at forholdet mellem spændinger og antallet af vindinger af begge viklinger kan udtrykkes med formlen: U1 /U2==N1/N2. Forskellen mellem EMF og spænding i transformatorens primærvikling bliver særligt lille, når sekundærviklingen er åben og strømmen i den er nul (tomgang), og der løber kun en lille strøm i primærviklingen, kaldet tomgangsstrømmen . I dette tilfælde er spændingen ved terminalerne af den sekundære vikling lig med EMF induceret i den.
Tallet, der viser, hvor mange gange spændingen i primærviklingen er større (eller mindre) end spændingen i sekundærviklingen kaldes transformationsforholdet og betegnes med bogstavet k. k = U1/U2? N1 / N2.
Den nominelle spænding af høj- og lavspændingsviklingerne, angivet på transformatorens typeskilt, refererer til tomgangstilstanden.
Transformatorer, der tjener til at øge spændingen, kaldes step-up; deres transformationsforhold er mindre end én. Step-down transformere nedsætter spændingen; deres transformationsforhold er større end én.
Den tilstand, hvor transformatorens sekundære vikling er åben, og en vekselspænding påføres primærviklingens terminaler, kaldes tomgang eller tomgang af transformeren.
Lad os tage en spole med en ferromagnetisk kerne og tage den ohmske modstand af viklingen ud som et separat element som vist i figur 1.
Figur 1. Induktor med en ferromagnetisk kerne
Når en vekselspænding e c påføres i spolen, opstår der ifølge loven om elektromagnetisk induktion en EMF af selvinduktion e L.
(1) hvor ψ
- fluxforbindelse, W- antallet af omdrejninger i viklingen, F er den vigtigste magnetiske flux. Vi negligerer spredningsfluxen. Spændingen påført spolen og den inducerede EMF er afbalanceret. Ifølge den anden Kirchhoff-lov for inputkredsløbet kan vi skrive:
e c + e L = i × R bytte, (2)hvor R obm - aktiv modstand af viklingen.
For så vidt e L >> i × R udveksling, så negligerer vi spændingsfaldet over den ohmske modstand, så e c ≈ −e L. Hvis netspændingen er harmonisk, e c = E m cosω t, derefter:
(3)
Lad os finde den magnetiske flux fra denne formel. For at gøre dette overfører vi antallet af omdrejninger i viklingen til venstre side og den magnetiske flux Ф til højre:
(4)
Tag nu det ubestemte integral af højre og venstre side:
(5)Da vi anser det magnetiske kredsløb for at være lineært, flyder kun harmonisk strøm i kredsløbet, og der er ingen permanent magnet eller en konstant komponent af den magnetiske flux, så er integrationskonstanten c \u003d 0. Så er brøken foran sinus amplituden af den magnetiske flux
(6)hvorfra vi udtrykker amplituden af input EMF
E m = F m × W & gange ω (7)Dens effektive værdi er
(8) (9)Udtryk (9) kaldes den grundlæggende formel for transformerens EMF, som kun gælder for harmonisk spænding. Med en ikke-harmonisk spænding modificeres den, og den såkaldte formfaktor indføres, svarende til forholdet mellem den effektive værdi og gennemsnittet:
(10)
Find formfaktoren for et harmonisk signal, mens gennemsnitsværdien findes i intervallet fra 0 til π/2
(11)
Så er formfaktoren 
og den grundlæggende formel for transformerens EMF har den endelige form:
Hvis signalet er en sekvens af rektangulære impulser af samme varighed (meander), så er amplitude-, effektive og gennemsnitlige værdier for halvdelen af perioden lig med hinanden og dens k f = 1. Du kan finde formfaktoren for andre signaler. Den grundlæggende formel for transformer EMF vil være gyldig.
Lad os bygge et vektordiagram af en spole med en ferromagnetisk kerne. Med en sinusformet spænding ved spolens terminaler er dens magnetiske flux også sinusformet og forsinker spændingen i fase med en vinkel π / 2, som vist i figur 2.
Spørgsmål 7. EMF af transformerviklinger.
Princippet for driften af transformeren er baseret på fænomenet elektromagnetisk induktion (gensidig induktion). Gensidig induktion består i at inducere en EMF i en induktiv spole, når strømmen ændres i den anden spole.
Under påvirkning af vekselstrøm i primærviklingen skabes en vekslende magnetisk flux i det magnetiske kredsløb
som trænger ind i de primære og sekundære viklinger og inducerer en emk i dem
hvor er amplitudeværdierne for EMF.
Den effektive værdi af EMF i viklingerne er
;
.
Forholdet mellem viklingernes EMF kaldes transformationsforholdet
Hvis , så er den sekundære EMF mindre end den primære, og transformeren kaldes en step-down transformer med en step-up transformer.
Spørgsmål 8. Vektordiagram af en ideel transformer i tomgang.
Da vi overvejer en ideel transformer, dvs. uden dissipation og effekttab, så strømmen x.x. er rent magnetiserende - , dvs. det skaber en magnetiserende kraft, der skaber en flux, hvor er kernens magnetiske modstand, bestående af stålets modstand og modstanden ved kernens samlinger. Både amplituden og formen af strømkurven afhænger af graden af mætning af det magnetiske system. Hvis flowet ændres sinusformet, så er tomgangsstrømkurven med umættet stål næsten også sinusformet. Men når stålet er mættet, er strømkurven mere og mere forskellig fra sinusformen (Fig. 2.7.) Strømkurven x.x. kan dekomponeres til harmoniske. Da kurven er symmetrisk om x-aksen, indeholder serien kun harmoniske af ulige orden. Første harmoniske strøm jeg ( 01) er i fase med hovedstrømmen. Af de højere harmoniske er den tredje harmoniske af strømmen mest udtalt jeg ( 03) .
Fig 2.7 X.X strømkurve
Effektiv værdi af tomgangsstrøm:
.
(2.22)
Her jeg 1 m , jeg 3 m , jeg 5 m- amplituder af den første, tredje og femte harmoniske af tomgangsstrømmen.
Da tomgangsstrømmen halter efter spændingen med 90 , er den aktive effekt forbrugt af en ideel transformer fra netværket også nul, dvs. En ideel transformer trækker rent reaktiv effekt og magnetiseringsstrøm fra netværket.
Vektordiagrammet for en ideel transformer er vist i fig. 2.8.
Ris. 2.8. Vektordiagram af en ideel transformer
Spørgsmål 9 Vektordiagram over tomgang af en rigtig transformer.
I en rigtig transformer er der dissipation og tab i stål og kobber. Disse tab dækkes af strømmen R 0 ind i transformeren fra netværket.
hvor jeg 0a - effektiv værdi af den aktive komponent af tomgangsstrømmen.
Derfor har tomgangsstrømmen af en rigtig transformator to forlader: magnetisering - skaber hovedstrømmen F og faldende sammen med den i fase, og aktiv:
Vektordiagrammet for en rigtig transformer er vist i fig. 2.9.
Normalt har denne komponent derfor ringe effekt på værdien af tomgangsstrømmen, men mere påvirker formen af strømkurven og dens fase. Den ubelastede strømkurve er klart ikke-sinusformet og forskydes i tid i forhold til fluxkurven med en vinkel kaldet den magnetiske lag-vinkel.
Ved at erstatte den faktiske tomgangsstrømkurve med en ækvivalent sinusformet, kan spændingsligningen skrives i kompleks form, hvor alle størrelser varierer sinusformet:
I betragtning af at spredningens EMF,
Ris. 2.9. Vektordiagram af en rigtig transformer
Ris. 2.11. Transformatorspændingsvektordiagram, ubelastet tilstand
