Prinsippet for drift av transformatoren er basert på fenomenet elektromagnetisk induksjon (gjensidig induksjon). Gjensidig induksjon består i å indusere en EMF i en induktiv spole når strømmen endres i den andre spolen.
Under påvirkning av vekselstrøm i primærviklingen dannes en vekslende magnetisk fluks i den magnetiske kretsen
som trenger inn i primær- og sekundærviklingene og induserer en emk i dem
hvor er amplitudeverdiene til EMF.
Den effektive verdien av EMF i viklingene er
;
.
Forholdet mellom EMF til viklingene kalles transformasjonsforholdet
Hvis , så er den sekundære EMF mindre enn den primære, og transformatoren kalles en nedtrappingstransformator, med en opptrappingstransformator.
Spørsmål 8. Vektordiagram av en ideell transformator på tomgang.
Siden vi vurderer en ideell transformator, dvs. uten spredning og effekttap, da strømmen x.x. er rent magnetiserende - , dvs. det skaper en magnetiserende kraft som skaper en fluks, hvor er den magnetiske motstanden til kjernen, bestående av motstanden til stålet og motstanden ved leddene til kjernen. Både amplituden og formen på strømkurven avhenger av graden av metning av det magnetiske systemet. Hvis strømmen endres sinusformet, så med umettet stål, er tomgangsstrømkurven nesten også sinusformet. Men når stålet er mettet, er strømkurven mer og mer forskjellig fra sinusformen (Fig. 2.7.) Strømkurven x.x. kan dekomponeres til harmoniske. Siden kurven er symmetrisk om x-aksen, inneholder serien kun harmoniske av oddetall. Første harmoniske strøm Jeg ( 01) er i fase med hovedstrømmen. Av de høyere harmoniske er den tredje harmoniske av strømmen mest uttalt Jeg ( 03) .
Fig 2.7 X.X strømkurve
Effektiv verdi av tomgangsstrøm:
.
(2.22)
Her Jeg 1 m , Jeg 3 m , Jeg 5 m- amplituder av første, tredje og femte harmoniske av tomgangsstrømmen.
Siden tomgangsstrømmen henger etter spenningen med 90 , er den aktive effekten som forbrukes av en ideell transformator fra nettverket også null, dvs. En ideell transformator trekker ren reaktiv kraft og magnetiseringsstrøm fra nettverket.
Vektordiagrammet til en ideell transformator er vist i fig. 2.8.
Ris. 2.8. Vektordiagram av en ideell transformator
Spørsmål 9 Vektordiagram av tomgangskjøringen til en ekte transformator.
I en ekte transformator er det spredning og tap i stål og kobber. Disse tapene dekkes av kraften R 0 går inn i transformatoren fra nettverket.
hvor Jeg 0a - effektiv verdi av den aktive komponenten av tomgangsstrømmen.
Derfor har tomgangsstrømmen til en ekte transformator to som forlater: magnetisering - skaper hovedfluksen F og sammenfallende med den i fase, og aktiv:
Vektordiagrammet til en ekte transformator er vist i fig. 2.9.
Vanligvis har derfor denne komponenten liten effekt på verdien av tomgangsstrømmen, men mer påvirker formen på strømkurven og dens fase. Den ubelastede strømkurven er tydelig ikke-sinusformet, og forskyves i tid i forhold til flukskurven med en vinkel som kalles den magnetiske etterslepvinkelen.
Ved å erstatte den faktiske tomgangsstrømkurven med en ekvivalent sinusformet, kan spenningsligningen skrives i kompleks form, der alle størrelser varierer sinusformet:
Tatt i betraktning at spredningens EMF,
Ris. 2.9. Vektordiagram av en ekte transformator
Ris. 2.11. Transformatorspenningsvektordiagram, ubelastet modus
LR 5. Studie av driftsmodi for en enfaset transformator
Nevn de viktigste strukturelle elementene i en enfaset transformator.
En enfaset transformator består av en magnetisk krets (kjerne) og to viklinger lagt på den. Viklingen som er koblet til nettverket kalles primær, og viklingen som strømmottakeren er koblet til kalles sekundær. Den magnetiske kretsen er laget av et ferromagnetisk materiale og tjener til å forsterke magnetfeltet og den magnetiske fluksen lukkes langs den.
Funksjoner ved utførelsen av den magnetiske kretsen til transformatoren.
Den magnetiske kretsen til transformatoren er i et magnetfelt med vekselstrøm, og derfor remagnetiserer den under drift kontinuerlig og det induseres virvelstrømmer i den, som forbruker energi som går til å varme opp den magnetiske kretsen. For å redusere energitap for magnetiseringsreversering, er den magnetiske kretsen laget av en magnetisk myk ferromagnet, som har en lav restinduksjon og lett remagnetiseres, og for å redusere virvelstrømmer, og følgelig graden av oppvarming av den magnetiske kretsen, magnetisk krets rekrutteres fra separate plater av elektrisk stål isolert i forhold til hverandre.
3. Hvordan bestemmes EMF til transformatorviklingene, hva er de avhengige av?
EMF til transformatorviklingene bestemmes av formlene: E 1 \u003d 4,44 * Fm * f * N 1 og E 2 \u003d 4,44 * Fm * f * N 2
hvor fm- den maksimale verdien av den magnetiske fluksen,
f- AC frekvens,
N 1 og N 2- henholdsvis antall omdreininger til primær- og sekundærviklingene.
Dermed avhenger EMF-en til transformatorviklingene av den magnetiske fluksen, frekvensen til vekselstrømmen og antall omdreininger av viklingene, og forholdet mellom EMF avhenger av forholdet mellom antall omdreininger av viklingene.
4. Nevn hvilke typer energitap i en transformator, hva er de avhengige av?
Under driften av transformatoren oppstår to typer energitap i den:
1. Magnetiske tap er energitap som oppstår i den magnetiske kretsen. Disse tapene er proporsjonale med nettspenningen. Energien i dette tilfellet brukes på remagnetisering av den magnetiske kretsen og på dannelsen av virvelstrømmer og omdannes til termisk energi frigjort i den magnetiske kretsen.
2. Elektriske tap er energitapene som oppstår i transformatorviklingene. Disse tapene er forårsaket av strømmer som flyter i viklingene, og bestemmes: Re \u003d I 2 1 R 1 + I 2 2 R 2.
At. elektriske tap er proporsjonale med kvadratene til strømmene som flyter i transformatorviklingene. I dette tilfellet brukes energi på oppvarming av viklingene.
5. Hvordan bestemmes magnetiske tap i en transformator, hva er de avhengige av?
For å bestemme de magnetiske tapene i transformatoren, utføres et eksperiment XX, der strømmen i sekundærviklingen er null, og i primærviklingen overstiger strømmen ikke 10% av jeg nom. Fordi når du utfører dette eksperimentet, er den elektriske mottakeren slått av, da er all kraften målt av wattmeteret inkludert i kretsen til transformatorens primærvikling kraften til elektriske og magnetiske tap. Magnetiske tap er proporsjonale med spenningen som påføres primærviklingen. Fordi under forsøket XX tilføres primærviklingen U nom , da vil de magnetiske tapene være de samme som i nominell modus. Elektriske tap avhenger av strømmene i viklingene, og siden strømmen i sekundærviklingen er null, og i primærviklingen overstiger ikke strømmen 10% av merkestrømmen, og de elektriske tapene er ubetydelige. Når vi ser bort fra mindre elektriske tap, tror vi at hele effekten målt under XX-eksperimentet er kraften til magnetiske tap.
6. Hvordan bestemmes elektriske tap i en transformator, hva er de avhengige av?
For å bestemme de elektriske tapene i transformatoren, utføres en kortslutningstest. For å gjøre dette er det nødvendig å redusere spenningen på sekundærviklingen til null, lukke sekundærklemmene til hverandre og øke spenningen til nominelle strømmer er etablert i viklingene. Spenningen som merkestrømmene settes til i viklingene kalles kortslutningsspenningen. Som regel er kortslutningsspenningen ubetydelig og overstiger ikke 10 % av den nominelle spenningen.
Elektriske tap i transformatoren under kortslutningsopplevelsen vil bli bestemt :Re= I 2 1nom R 1 + I 2 2nom R 2.
Fordi når du utfører en kortslutningstest i transformatorviklingene, settes nominelle strømmer, da vil de elektriske tapene i dem være de samme som i nominell modus. Magnetiske tap er proporsjonale med spenningen på primærviklingen, og siden I kortslutningsforsøket påføres en ubetydelig spenning på primærviklingen, deretter er de magnetiske tapene ubetydelige. Når man ser bort fra mindre magnetiske tap, kan vi anta at hele effekten målt i kortslutningstesten er kraften til elektriske tap.
I 1876 P.I. Yablochkov foreslo å bruke en transformator for å drive lysene. I fremtiden ble utformingen av transformatorer utviklet av en annen russisk oppfinner, en mekaniker HVIS. Usagin, som foreslo å bruke transformatorer for å drive ikke bare Yablochkov-stearinlys, men også andre forbrukere av elektrisk energi.
En transformator er en elektrisk enhet basert på fenomenet gjensidig induksjon og designet for å konvertere vekselstrøm av en spenning til vekselstrøm med en annen spenning, men med samme frekvens. Den enkleste transformatoren har en stålkjerne og to viklinger isolert både fra kjernen og fra hverandre.
Viklingen til en transformator som er koblet til en spenningskilde kalles primær vikling, og viklingen som forbrukere er koblet til eller overføringslinjer som fører til forbrukere kalles sekundærvikling.
En vekselstrøm, som går gjennom primærviklingen, skaper en vekslende magnetisk fluks, som låser seg med svingene til sekundærviklingen og induserer en emk i dem.
Siden den magnetiske fluksen er variabel, er den induserte EMF i sekundærviklingen til transformatoren også variabel, og dens frekvens er lik frekvensen til strømmen i primærviklingen.
Den variable magnetiske fluksen som går gjennom kjernen til transformatoren, krysser ikke bare sekundærviklingen, men også primærviklingen til transformatoren. Derfor vil en EMF også bli indusert i primærviklingen.
Størrelsen på EMF indusert i viklingene til transformatoren avhenger av frekvensen til vekselstrømmen, antall omdreininger av hver vikling og størrelsen på den magnetiske fluksen i kjernen. Ved en viss frekvens og en konstant magnetisk fluks avhenger verdien av EMF for hver vikling bare av antall omdreininger av denne viklingen. Dette forholdet mellom EMF-verdiene og antall omdreininger til transformatorviklingene kan uttrykkes med formelen: ?1 / ?2 = N1 / N2, hvor? 1 og?
Forskjellen mellom EMF og spenning er så liten at forholdet mellom spenninger og antall omdreininger til begge viklingene kan uttrykkes med formelen: U1 /U2==N1/N2. Forskjellen mellom EMF og spenning i primærviklingen til transformatoren blir spesielt liten når sekundærviklingen er åpen og strømmen i den er null (tomgang), og det flyter bare en liten strøm i primærviklingen, kalt tomgangsstrømmen. . I dette tilfellet er spenningen ved terminalene til sekundærviklingen lik EMF indusert i den.
Tallet som viser hvor mange ganger spenningen i primærviklingen er større (eller mindre) enn spenningen i sekundærviklingen kalles transformasjonsforholdet og er betegnet med bokstaven k. k = U1 / U2 ? N1/N2.
Merkespenningen til høy- og lavspenningsviklingene, angitt på transformatorens navneskilt, refererer til tomgangsmodus.
Transformatorer som tjener til å øke spenningen kalles step-up; deres transformasjonsforhold er mindre enn én. Nedtrappingstransformatorer trapper ned spenningen; deres transformasjonsforhold er større enn én.
Modusen der sekundærviklingen til transformatoren er åpen, og en vekselspenning påføres terminalene til primærviklingen, kalles tomgangs- eller tomgangsdrift av transformatoren.
La oss ta en spole med en ferromagnetisk kjerne og ta ut den ohmske motstanden til viklingen som et separat element som vist i figur 1.
Figur 1. Induktor med ferromagnetisk kjerne
Når en vekselspenning e c påføres i spolen, i henhold til loven om elektromagnetisk induksjon, oppstår en EMF av selvinduksjon e L.
(1) hvor ψ
- flukskobling, W- antall omdreininger i viklingen, F er den viktigste magnetiske fluksen. Vi neglisjerer spredningsfluksen. Spenningen påført spolen og den induserte EMF er balansert. I henhold til den andre Kirchhoff-loven for inngangskretsen kan vi skrive:
e c + e L = i × R bytte, (2)hvor R obm - aktiv motstand av viklingen.
For så vidt e L >> i × R utveksling, så neglisjerer vi spenningsfallet over den ohmske motstanden, da e c ≈ −e L. Hvis nettspenningen er harmonisk, e c = E m cosω t, deretter:
(3)
La oss finne den magnetiske fluksen fra denne formelen. For å gjøre dette overfører vi antall svinger i viklingen til venstre side, og den magnetiske fluksen Ф til høyre:
(4)
Ta nå det ubestemte integralet av høyre og venstre side:
(5)Siden vi anser den magnetiske kretsen for å være lineær, flyter bare harmonisk strøm i kretsen og det er ingen permanent magnet eller en konstant komponent av den magnetiske fluksen, da er integrasjonskonstanten c \u003d 0. Da er brøken foran sinus amplituden til den magnetiske fluksen
(6)hvorfra uttrykker vi amplituden til inngangs-EMK
E m = F m × W & ganger ω (7)Dens effektive verdi er
(8) (9)Uttrykk (9) kalles den grunnleggende formelen til transformatorens EMF, som bare er gyldig for harmonisk spenning. Med en ikke-harmonisk spenning blir den modifisert og den såkalte formfaktoren introdusert, lik forholdet mellom den effektive verdien og gjennomsnittet:
(10)
Finn formfaktoren for et harmonisk signal, mens gjennomsnittsverdien finnes i intervallet fra 0 til π/2
(11)
Da er formfaktoren 
og den grunnleggende formelen til transformatorens EMF tar den endelige formen:
Hvis signalet er en sekvens av rektangulære pulser av samme varighet (meander), så er amplitude-, effektive og gjennomsnittlige verdier for halve perioden lik hverandre og dens k f = 1. Du kan finne formfaktoren for andre signaler. Den grunnleggende formelen for transformator EMF vil være gyldig.
La oss bygge et vektordiagram av en spole med en ferromagnetisk kjerne. Med en sinusformet spenning ved spoleterminalene, er dens magnetiske fluks også sinusformet og forsinker spenningen i fase med en vinkel π / 2, som vist i figur 2.
Spørsmål 7. EMF for transformatorviklinger.
Prinsippet for drift av transformatoren er basert på fenomenet elektromagnetisk induksjon (gjensidig induksjon). Gjensidig induksjon består i å indusere en EMF i en induktiv spole når strømmen endres i den andre spolen.
Under påvirkning av vekselstrøm i primærviklingen dannes en vekslende magnetisk fluks i den magnetiske kretsen
som trenger inn i primær- og sekundærviklingene og induserer en emk i dem
hvor er amplitudeverdiene til EMF.
Den effektive verdien av EMF i viklingene er
;
.
Forholdet mellom EMF til viklingene kalles transformasjonsforholdet
Hvis , så er den sekundære EMF mindre enn den primære, og transformatoren kalles en nedtrappingstransformator, med en opptrappingstransformator.
Spørsmål 8. Vektordiagram av en ideell transformator på tomgang.
Siden vi vurderer en ideell transformator, dvs. uten spredning og effekttap, da strømmen x.x. er rent magnetiserende - , dvs. det skaper en magnetiserende kraft som skaper en fluks, hvor er den magnetiske motstanden til kjernen, bestående av motstanden til stålet og motstanden ved leddene til kjernen. Både amplituden og formen på strømkurven avhenger av graden av metning av det magnetiske systemet. Hvis strømmen endres sinusformet, så med umettet stål, er tomgangsstrømkurven nesten også sinusformet. Men når stålet er mettet, er strømkurven mer og mer forskjellig fra sinusformen (Fig. 2.7.) Strømkurven x.x. kan dekomponeres til harmoniske. Siden kurven er symmetrisk om x-aksen, inneholder serien kun harmoniske av oddetall. Første harmoniske strøm Jeg ( 01) er i fase med hovedstrømmen. Av de høyere harmoniske er den tredje harmoniske av strømmen mest uttalt Jeg ( 03) .
Fig 2.7 X.X strømkurve
Effektiv verdi av tomgangsstrøm:
.
(2.22)
Her Jeg 1 m , Jeg 3 m , Jeg 5 m- amplituder av første, tredje og femte harmoniske av tomgangsstrømmen.
Siden tomgangsstrømmen henger etter spenningen med 90 , er den aktive effekten som forbrukes av en ideell transformator fra nettverket også null, dvs. En ideell transformator trekker ren reaktiv kraft og magnetiseringsstrøm fra nettverket.
Vektordiagrammet til en ideell transformator er vist i fig. 2.8.
Ris. 2.8. Vektordiagram av en ideell transformator
Spørsmål 9 Vektordiagram av tomgangskjøringen til en ekte transformator.
I en ekte transformator er det spredning og tap i stål og kobber. Disse tapene dekkes av kraften R 0 går inn i transformatoren fra nettverket.
hvor Jeg 0a - effektiv verdi av den aktive komponenten av tomgangsstrømmen.
Derfor har tomgangsstrømmen til en ekte transformator to som forlater: magnetisering - skaper hovedfluksen F og sammenfallende med den i fase, og aktiv:
Vektordiagrammet til en ekte transformator er vist i fig. 2.9.
Vanligvis har derfor denne komponenten liten effekt på verdien av tomgangsstrømmen, men mer påvirker formen på strømkurven og dens fase. Den ubelastede strømkurven er tydelig ikke-sinusformet, og forskyves i tid i forhold til flukskurven med en vinkel som kalles den magnetiske etterslepvinkelen.
Ved å erstatte den faktiske tomgangsstrømkurven med en ekvivalent sinusformet, kan spenningsligningen skrives i kompleks form, der alle størrelser varierer sinusformet:
Tatt i betraktning at spredningens EMF,
Ris. 2.9. Vektordiagram av en ekte transformator
Ris. 2.11. Transformatorspenningsvektordiagram, ubelastet modus
