Trafo tööpõhimõte põhineb elektromagnetilise induktsiooni (vastastikuse induktsiooni) nähtusel. Vastastikune induktsioon seisneb EMF-i esilekutsumises induktiivmähises, kui vool teises mähises muutub.
Primaarmähises oleva vahelduvvoolu mõjul tekib magnetahelas vahelduv magnetvoog
mis tungib läbi primaar- ja sekundaarmähise ning indutseerib neis emfi
kus on EMF-i amplituudi väärtused.
EMF-i efektiivne väärtus mähistes on
;
.
Mähiste EMF-i suhet nimetatakse teisendussuhteks
Kui , siis sekundaarne EMF on primaarsest väiksem ja trafot nimetatakse astmelise trafoga astmeliseks trafoks.
8. küsimus. Ideaalse trafo tühikäigul töötav vektorskeem.
Kuna kaalume ideaalset trafot, st. ilma hajumise ja võimsuskadudeta, siis praegune x.x. on puhtalt magnetiseeriv - , st. see tekitab magnetiseeriva jõu, mis tekitab voo, kus on südamiku magnettakistus, mis koosneb terase takistusest ja takistusest südamiku liitekohtades. Nii voolukõvera amplituud kui ka kuju sõltuvad magnetsüsteemi küllastusastmest. Kui vool muutub sinusoidaalselt, siis küllastumata terase puhul on tühivoolu kõver peaaegu samuti sinusoidne. Aga kui teras on küllastunud, erineb voolukõver üha enam sinusoidist (joon. 2.7.) Voolukõver x.x. saab lagundada harmoonilisteks. Kuna kõver on x-telje suhtes sümmeetriline, sisaldab seeria ainult paaritu järjestusega harmoonilisi. Esimene harmooniline vool i ( 01) on peavooluga faasis. Kõrgematest harmoonilistest on voolu kolmas harmooniline kõige tugevam i ( 03) .
Joonis 2.7 X.X voolukõver
Tühjendusvoolu efektiivne väärtus:
.
(2.22)
Siin ma 1 m , ma 3 m , ma 5 m- tühivooluvoolu esimese, kolmanda ja viienda harmoonilise amplituudid.
Kuna tühivooluvool jääb pingest maha 90 , on ka ideaalse trafo võrgust tarbitav aktiivvõimsus null, s.o. Ideaalne trafo ammutab võrgust puhtalt reaktiivvõimsust ja magnetiseerivat voolu.
Ideaalse trafo vektorskeem on näidatud joonisel fig. 2.8.
Riis. 2.8. Ideaalse trafo vektorskeem
9. küsimus Reaalse trafo tühikäigu vektorskeem.
Päris trafos on terase ja vase hajumist ja kaod. Need kahjud kaetakse elektrienergiaga R 0 võrgust trafosse sisenedes.
kus ma 0a - tühivoolu aktiivse komponendi efektiivne väärtus.
Seetõttu on tõelise trafo tühivoolul kaks väljumist: magnetiseerimine - põhivoo loomine F ja sellega faasis kokku langev ja aktiivne:
Reaalse trafo vektorskeem on näidatud joonisel fig. 2.9.
Tavaliselt mõjutab see komponent tühivoolu väärtust vähe, kuid rohkem mõjutab voolukõvera kuju ja selle faasi. Tühjendusvoolu kõver on selgelt mittesinusoidne ja seda nihutatakse ajas voolukõvera suhtes nurga võrra, mida nimetatakse magnetilise viivitusnurgaks.
Asendades tegeliku tühivoolu kõvera samaväärse sinusoidiga, saab pingevõrrandi kirjutada komplekssel kujul, kus kõik suurused varieeruvad sinusoidaalselt:
Arvestades, et hajumise EMF,
Riis. 2.9. Päris trafo vektorskeem
Riis. 2.11. Trafo pingevektori diagramm, tühirežiim
LR 5. Ühefaasilise trafo töörežiimide uurimine
Nimetage ühefaasilise trafo peamised konstruktsioonielemendid.
Ühefaasiline trafo koosneb magnetahelast (südamikust) ja kahest sellele asetatud mähisest. Võrku ühendatud mähist nimetatakse primaarseks ja mähist, millega on ühendatud toitevastuvõtja, nimetatakse sekundaarseks. Magnetahel on valmistatud ferromagnetilisest materjalist ja selle ülesandeks on magnetvälja võimendamine ning magnetvoog suletakse mööda seda.
Trafo magnetahela täitmise omadused.
Trafo magnetahel on vahelduvvoolu magnetväljas ja seetõttu töötamise ajal see pidevalt ümbermagnetiseerub ja selles indutseeritakse pöörisvoolud, mis kulutavad energiat, mis läheb magnetahela soojendamiseks. Magnetiseerimise ümberpööramisel tekkivate energiakadude vähendamiseks on magnetahel valmistatud magnetiliselt pehmest ferromagnetist, millel on madal jääkinduktsioon ja mida on lihtne ümber magnetiseerida, ning et vähendada pöörisvoolusid ja sellest tulenevalt ka magnetahela kuumenemisastet, magnetahel värvatakse eraldi elektriterasest plaatidelt, mis on üksteise suhtes isoleeritud.
3. Kuidas määratakse trafo mähiste EMF, millest need sõltuvad?
Trafo mähiste EMF määratakse järgmiste valemitega: E 1 \u003d 4,44 * Fm * f * N 1 ja E 2 \u003d 4,44 * Fm * f * N 2
kus fm- magnetvoo maksimaalne väärtus,
f- vahelduvvoolu sagedus,
N 1 ja N 2- vastavalt primaar- ja sekundaarmähiste keerdude arv.
Seega sõltub trafo mähiste EMF magnetvoost, vahelduvvoolu sagedusest ja mähiste keerdude arvust ning EMF-i suhe sõltub mähiste keerdude arvu suhtest.
4. Nimeta energiakadude liigid trafos, millest need sõltuvad?
Trafo töö ajal tekib selles kahte tüüpi energiakadusid:
1. Magnetkaod on energiakadud, mis tekivad magnetahelas. Need kaod on võrdelised võrgupingega. Energia kulutatakse sel juhul magnetahela ümbermagnetiseerimisele ja pöörisvoolude tekitamisele ning muundatakse magnetahelas vabanevaks soojusenergiaks.
2. Elektrikaod on energiakaod, mis tekivad trafo mähistes. Need kaod on põhjustatud mähistes voolavatest vooludest ja määratakse: Re \u003d I 2 1 R 1 + I 2 2 R 2.
See. elektrikaod on võrdelised trafo mähistes voolavate voolude ruutudega. Sel juhul kulutatakse energiat mähiste soojendamiseks.
5. Kuidas määratakse magnetkaod trafos, millest need sõltuvad?
Trafo magnetkadude määramiseks viiakse läbi katse XX, milles sekundaarmähises on vool null ja primaarmähises ei ületa vool 10% I nom. Sest selle katse läbiviimisel lülitatakse elektriline vastuvõtja välja, siis kogu trafo primaarmähise vooluringis sisalduva vattmeetriga mõõdetud võimsus on elektri- ja magnetkadude võimsus. Magnetkaod on võrdelised primaarmähisele rakendatud pingega. Sest katse XX ajal toidetakse primaarmähis U nom , siis on magnetkaod samad, mis nominaalrežiimis. Elektrikaod sõltuvad mähiste vooludest ja kuna sekundaarmähises on vool null ja primaarmähises ei ületa vool 10% nimivoolust ning elektrikaod on tühised. Seega, jättes tähelepanuta väikesed elektrikadud, usume, et kogu XX katse ajal mõõdetud võimsus on magnetkadude võimsus.
6. Kuidas määratakse elektrikaod trafos, millest need sõltuvad?
Trafo elektrikadude määramiseks viiakse läbi lühise test. Selleks on vaja vähendada sekundaarmähise pinget nullini, sulgeda sekundaarklambrid üksteise külge ja tõsta pinget, kuni mähistes on kehtestatud nimivoolud. Pinge, millele mähistes nimivoolud seatakse, nimetatakse lühisepingeks. Lühise pinge on reeglina ebaoluline ja ei ületa 10% nimipingest.
Selgitatakse välja elektrikaod trafos lühise ajal :Re= I 2 1nom R 1 + I 2 2nom R 2.
Sest trafo mähistes lühisetesti läbiviimisel seatakse nimivoolud, siis on nende elektrikaod samad, mis nimirežiimis. Magnetkaod on võrdelised primaarmähise pingega ja kuna Lühise katses rakendatakse primaarmähisele ebaoluline pinge, siis on magnetkaod tähtsusetud. Seega, jättes tähelepanuta väikesed magnetkadud, võime eeldada, et kogu lühise testis mõõdetud võimsus on elektrikadude võimsus.
Aastal 1876 P.I. Yablochkov soovitas kasutada küünalde toiteks trafot. Edaspidi töötas trafode disaini välja teine vene leiutaja, mehaanik I.F. Usagin, kes soovitas kasutada trafosid mitte ainult Yablochkovi küünalde, vaid ka teiste elektrienergia tarbijate toiteks.
Trafo on elektriseade, mis põhineb vastastikuse induktsiooni nähtusel ja mille eesmärk on muundada ühe pingega vahelduvvool erineva pingega, kuid sama sagedusega vahelduvvooluks. Kõige lihtsamal trafol on terassüdamik ja kaks mähist, mis on isoleeritud nii südamikust kui ka üksteisest.
Pingeallikaga ühendatud trafo mähist nimetatakse primaarmähis, ja kutsutakse mähist, millega tarbijad on ühendatud või tarbijateni viivaid ülekandeliine sekundaarmähis.
Primaarmähist läbiv vahelduvvool tekitab vahelduva magnetvoo, mis haakub sekundaarmähise pööretega ja indutseerib neis emf-i.
Kuna magnetvoog on muutuv, on ka transformaatori sekundaarmähises indutseeritud EMF muutuv ja selle sagedus on võrdne primaarmähises oleva voolu sagedusega.
Trafo südamikku läbiv muutuv magnetvoog ei ületa mitte ainult sekundaarmähist, vaid ka trafo primaarmähist. Seetõttu indutseeritakse EMF ka primaarmähisesse.
Trafo mähistes indutseeritud EMF-i suurus sõltub vahelduvvoolu sagedusest, iga mähise keerdude arvust ja südamiku magnetvoo suurusest. Teatud sageduse ja konstantse magnetvoo korral sõltub iga mähise EMF väärtus ainult selle mähise keerdude arvust. Seda seost EMF väärtuste ja trafo mähiste keerdude arvu vahel saab väljendada valemiga: ?1 / ?2 = N1 / N2, kus? 1 ja?
Erinevus EMF-i ja pinge vahel on nii väike, et pingete seost mõlema mähise keerdude arvuga saab väljendada valemiga: U1 /U2==N1/N2. Erinevus EMF-i ja pinge vahel trafo primaarmähises muutub eriti väikeseks, kui sekundaarmähis on avatud ja vool selles on null (tühikäik) ning primaarmähises liigub ainult väike vool, mida nimetatakse tühivooluks. . Sel juhul on sekundaarmähise klemmide pinge võrdne selles indutseeritud EMF-iga.
Arvu, mis näitab, mitu korda on pinge primaarmähises suurem (või väiksem) kui pinge sekundaarmähises, nimetatakse teisendussuhteks ja seda tähistatakse tähega k. k = U1 / U2? N1 / N2.
Kõrge- ja madalpinge mähiste nimipinge, mis on näidatud trafo andmesildil, viitab tühikäigurežiimile.
Trafosid, mis suurendavad pinget, nimetatakse astmeliseks; nende teisendussuhe on väiksem kui üks. Alandavad trafod vähendavad pinget; nende teisendussuhe on suurem kui üks.
Režiimi, milles trafo sekundaarmähis on avatud ja primaarmähise klemmidele rakendatakse vahelduvpinget, nimetatakse trafo tühikäiguks või tühikäiguks.
Võtame ferromagnetilise südamikuga mähise ja võtame eraldi elemendina välja mähise oomilise takistuse nagu on näidatud joonisel 1.
Joonis 1. Ferromagnetilise südamikuga induktiivpool
Kui mähisesse rakendatakse vahelduvpinge e c, tekib elektromagnetilise induktsiooni seaduse kohaselt iseinduktsiooni EMF e L.
(1) kus ψ
- vooluühendus, W- mähise pöörete arv, F on peamine magnetvoog. Jätame hajuvusvoo tähelepanuta. Mähisele rakendatav pinge ja indutseeritud EMF on tasakaalustatud. Sisendahela teise Kirchhoffi seaduse kohaselt võime kirjutada:
e c + e L = i × R vahetus, (2)kus R obm - mähise aktiivne takistus.
Niivõrd kui e L >> i × R vahetada, siis jätame tähelepanuta oomilise takistuse pingelanguse, siis e c ≈ −e L. Kui võrgupinge on harmooniline, e c = E m cosω t, siis:
(3)
Leiame sellest valemist magnetvoo. Selleks kanname mähise pöörete arvu vasakule poole ja magnetvoo Ф paremale:
(4)
Nüüd võtke parema ja vasaku külje määramatu integraal:
(5)Kuna loeme magnetahelat lineaarseks, siis vooluringis voolab ainult harmooniline vool ja püsimagnetit ega magnetvoo konstantset komponenti pole, siis integreerimiskonstant c \u003d 0. Siis siinuse ees olev murd on magnetvoo amplituud
(6)kust me väljendame sisend-EMF amplituudi
E m = F m × W & korda ω (7)Selle tõhus väärtus on
(8) (9)Avaldist (9) nimetatakse trafo EMF põhivalem, mis kehtib ainult harmoonilise pinge korral. Mitteharmoonilise pinge korral seda muudetakse ja võetakse kasutusele nn kujutegur, mis võrdub efektiivse väärtuse ja keskmise suhtega:
(10)
Leidke harmoonilise signaali kujutegur, samas kui keskmine väärtus leitakse vahemikus 0 kuni π/2
(11)
Siis on vormitegur 
ja trafo EMF põhivalem võtab lõpliku vormi:
Kui signaal on sama kestusega ristkülikukujuliste impulsside jada (meander), siis on poole perioodi amplituud, efektiivne ja keskmised väärtused võrdsed üksteisega ja selle k f = 1. Teiste signaalide vormiteguri leiate. Trafo EMF-i põhivalem kehtib.
Koostame ferromagnetilise südamikuga mähise vektordiagrammi. Kui mähise klemmidel on siinuspinge, on selle magnetvoog samuti sinusoidne ja jääb faasipingest maha nurga π / 2 võrra, nagu on näidatud joonisel 2.
7. küsimus. Trafo mähiste EMF.
Trafo tööpõhimõte põhineb elektromagnetilise induktsiooni (vastastikuse induktsiooni) nähtusel. Vastastikune induktsioon seisneb EMF-i esilekutsumises induktiivmähises, kui vool teises mähises muutub.
Primaarmähises oleva vahelduvvoolu mõjul tekib magnetahelas vahelduv magnetvoog
mis tungib läbi primaar- ja sekundaarmähise ning indutseerib neis emfi
kus on EMF-i amplituudi väärtused.
EMF-i efektiivne väärtus mähistes on
;
.
Mähiste EMF-i suhet nimetatakse teisendussuhteks
Kui , siis sekundaarne EMF on primaarsest väiksem ja trafot nimetatakse astmelise trafoga astmeliseks trafoks.
8. küsimus. Ideaalse trafo tühikäigul töötav vektorskeem.
Kuna kaalume ideaalset trafot, st. ilma hajumise ja võimsuskadudeta, siis praegune x.x. on puhtalt magnetiseeriv - , st. see tekitab magnetiseeriva jõu, mis tekitab voo, kus on südamiku magnettakistus, mis koosneb terase takistusest ja takistusest südamiku liitekohtades. Nii voolukõvera amplituud kui ka kuju sõltuvad magnetsüsteemi küllastusastmest. Kui vool muutub sinusoidaalselt, siis küllastumata terase puhul on tühivoolu kõver peaaegu samuti sinusoidne. Aga kui teras on küllastunud, erineb voolukõver üha enam sinusoidist (joon. 2.7.) Voolukõver x.x. saab lagundada harmoonilisteks. Kuna kõver on x-telje suhtes sümmeetriline, sisaldab seeria ainult paaritu järjestusega harmoonilisi. Esimene harmooniline vool i ( 01) on peavooluga faasis. Kõrgematest harmoonilistest on voolu kolmas harmooniline kõige tugevam i ( 03) .
Joonis 2.7 X.X voolukõver
Tühjendusvoolu efektiivne väärtus:
.
(2.22)
Siin ma 1 m , ma 3 m , ma 5 m- tühivooluvoolu esimese, kolmanda ja viienda harmoonilise amplituudid.
Kuna tühivooluvool jääb pingest maha 90 , on ka ideaalse trafo võrgust tarbitav aktiivvõimsus null, s.o. Ideaalne trafo ammutab võrgust puhtalt reaktiivvõimsust ja magnetiseerivat voolu.
Ideaalse trafo vektorskeem on näidatud joonisel fig. 2.8.
Riis. 2.8. Ideaalse trafo vektorskeem
9. küsimus Reaalse trafo tühikäigu vektorskeem.
Päris trafos on terase ja vase hajumist ja kaod. Need kahjud kaetakse elektrienergiaga R 0 võrgust trafosse sisenedes.
kus ma 0a - tühivoolu aktiivse komponendi efektiivne väärtus.
Seetõttu on tõelise trafo tühivoolul kaks väljumist: magnetiseerimine - põhivoo loomine F ja sellega faasis kokku langev ja aktiivne:
Reaalse trafo vektorskeem on näidatud joonisel fig. 2.9.
Tavaliselt mõjutab see komponent tühivoolu väärtust vähe, kuid rohkem mõjutab voolukõvera kuju ja selle faasi. Tühjendusvoolu kõver on selgelt mittesinusoidne ja seda nihutatakse ajas voolukõvera suhtes nurga võrra, mida nimetatakse magnetilise viivitusnurgaks.
Asendades tegeliku tühivoolu kõvera samaväärse sinusoidiga, saab pingevõrrandi kirjutada komplekssel kujul, kus kõik suurused varieeruvad sinusoidaalselt:
Arvestades, et hajumise EMF,
Riis. 2.9. Päris trafo vektorskeem
Riis. 2.11. Trafo pingevektori diagramm, tühirežiim
