Funktionsprincipen för transformatorn är baserad på fenomenet elektromagnetisk induktion (ömsesidig induktion). Ömsesidig induktion består i att inducera en EMF i en induktiv spole när strömmen ändras i den andra spolen.
Under påverkan av växelström i primärlindningen skapas ett växelmagnetiskt flöde i magnetkretsen
som penetrerar primär- och sekundärlindningarna och inducerar en emk i dem
var är amplitudvärdena för EMF.
Det effektiva värdet av EMF i lindningarna är
;
.
Förhållandet mellan lindningarnas EMF kallas transformationsförhållandet
Om , då är den sekundära EMF mindre än den primära och transformatorn kallas en nedtrappningstransformator, med en upptrappningstransformator.
Fråga 8. Vektordiagram av en idealisk transformator på tomgång.
Eftersom vi överväger en idealisk transformator, d.v.s. utan förlust och effektbortfall, då strömmen x.x. är rent magnetiserande - , dvs. det skapar en magnetiserande kraft som skapar ett flöde, där är kärnans magnetiska motstånd, bestående av stålets motstånd och motståndet vid kärnans leder. Både amplituden och formen på strömkurvan beror på graden av mättnad av det magnetiska systemet. Om flödet ändras sinusformigt, då med omättat stål, är tomgångskurvan nästan också sinusformad. Men när stålet är mättat skiljer sig strömkurvan mer och mer från sinusformen (Fig. 2.7.) Strömkurvan x.x. kan sönderdelas till övertoner. Eftersom kurvan är symmetrisk kring x-axeln innehåller serien endast övertoner av udda ordning. Första övertonsströmmen i ( 01) är i fas med huvudströmmen. Av de högre övertonerna är den tredje övertonen av strömmen mest uttalad i ( 03) .
Fig 2.7 X.X strömkurva
Effektivt värde för tomgångsström:
.
(2.22)
Här jag 1 m , jag 3 m , jag 5 m- Amplituder för den första, tredje och femte övertonen av tomgångsströmmen.
Eftersom tomgångsströmmen ligger efter spänningen med 90 är den aktiva effekten som förbrukas av en ideal transformator från nätet också noll, d.v.s. En idealisk transformator drar rent reaktiv effekt och magnetiseringsström från nätverket.
Vektordiagrammet för en ideal transformator visas i fig. 2.8.
Ris. 2.8. Vektordiagram av en idealisk transformator
Fråga 9 Vektordiagram över tomgången hos en riktig transformator.
I en riktig transformator är det avledning och förluster i stål och koppar. Dessa förluster täcks av kraften R 0 går in i transformatorn från nätverket.
var jag 0a - effektivt värde för den aktiva komponenten av tomgångsströmmen.
Därför lämnar tomgångsströmmen i en riktig transformator två: magnetisering - skapar huvudflödet F och sammanfaller med den i fas, och aktiv:
Vektordiagrammet för en riktig transformator visas i fig. 2.9.
Vanligtvis har därför denna komponent liten effekt på värdet av tomgångsströmmen, men mer påverkar formen på strömkurvan och dess fas. Strömkurvan utan belastning är tydligt icke-sinusformad och förskjuts i tid i förhållande till flödeskurvan med en vinkel som kallas den magnetiska eftersläpningsvinkeln.
Genom att ersätta den faktiska tomgångskurvan med en ekvivalent sinusform kan spänningsekvationen skrivas i komplex form, där alla storheter varierar sinusformigt:
Med tanke på att spridningens EMF,
Ris. 2.9. Vektordiagram av en riktig transformator
Ris. 2.11. Transformatorspänningsvektordiagram, obelastat läge
LR 5. Studie av driftsätt för en enfas transformator
Nämn de viktigaste strukturella elementen i en enfastransformator.
En enfas transformator består av en magnetisk krets (kärna) och två lindningar som läggs på den. Lindningen som är ansluten till nätverket kallas primär, och lindningen som effektmottagaren är ansluten till kallas sekundär. Den magnetiska kretsen är gjord av ett ferromagnetiskt material och tjänar till att förstärka magnetfältet och det magnetiska flödet stängs längs med det.
Funktioner för utförandet av transformatorns magnetiska krets.
Transformatorns magnetiska krets är i ett växelströmsmagnetfält, och därför ommagnetiseras den kontinuerligt under drift och virvelströmmar induceras i den, vilket förbrukar energi som går till att värma magnetkretsen. För att minska energiförlusterna för magnetiseringsreversering är den magnetiska kretsen gjord av en magnetiskt mjuk ferromagnet, som har en låg restinduktion och lätt ommagnetiseras, och för att minska virvelströmmar, och följaktligen graden av uppvärmning av den magnetiska kretsen, magnetisk krets rekryteras från separata plattor av elektriskt stål isolerade i förhållande till varandra.
3. Hur bestäms transformatorlindningarnas EMF, vad beror de på?
Transformatorlindningarnas EMF bestäms av formlerna: E 1 \u003d 4,44 * Fm * f * N 1 och E 2 \u003d 4,44 * Fm * f * N 2
var fm- det maximala värdet av det magnetiska flödet,
f- AC frekvens,
N 1 och N 2- antalet varv av primär- och sekundärlindningarna.
Således beror transformatorlindningarnas EMF på det magnetiska flödet, frekvensen av växelströmmen och antalet varv av lindningarna, och förhållandet mellan EMF beror på förhållandet mellan antalet varv av lindningarna.
4. Nämn typerna av energiförluster i en transformator, vad beror de på?
Under driften av transformatorn uppstår två typer av energiförluster i den:
1. Magnetiska förluster är energiförluster som uppstår i den magnetiska kretsen. Dessa förluster är proportionella mot nätspänningen. Energin i detta fall förbrukas på ommagnetisering av den magnetiska kretsen och på skapandet av virvelströmmar och omvandlas till termisk energi som frigörs i den magnetiska kretsen.
2. Elektriska förluster är de energiförluster som uppstår i transformatorlindningarna. Dessa förluster orsakas av strömmar som flyter i lindningarna och bestäms: Re \u003d I 2 1 R 1 + I 2 2 R 2.
Den där. elektriska förluster är proportionella mot kvadraterna på de strömmar som flyter i transformatorlindningarna. I detta fall läggs energi på att värma lindningarna.
5. Hur bestäms magnetiska förluster i en transformator, vad beror de på?
För att bestämma de magnetiska förlusterna i transformatorn utförs ett experiment XX, där strömmen i sekundärlindningen är noll, och i primärlindningen överstiger strömmen inte 10% av jag nom. Eftersom när du utför detta experiment stängs den elektriska mottagaren av, då är all effekt som mäts av wattmätaren som ingår i kretsen för transformatorns primärlindning kraften hos elektriska och magnetiska förluster. Magnetiska förluster är proportionella mot spänningen som appliceras på primärlindningen. Eftersom under experimentet XX tillförs primärlindningen U nom , då kommer de magnetiska förlusterna att vara desamma som i det nominella läget. Elektriska förluster beror på strömmarna i lindningarna, och sedan strömmen i sekundärlindningen är noll, och i primärlindningen överstiger strömmen inte 10% av märkströmmen, och de elektriska förlusterna är försumbara. Om man bortser från mindre elektriska förluster tror vi alltså att hela den effekt som uppmätts under XX-experimentet är kraften hos magnetiska förluster.
6. Hur bestäms elektriska förluster i en transformator, vad beror de på?
För att fastställa de elektriska förlusterna i transformatorn utförs ett kortslutningstest. För att göra detta är det nödvändigt att minska spänningen på sekundärlindningen till noll, stänga de sekundära klämmorna mot varandra och öka spänningen tills märkströmmarna är etablerade i lindningarna. Spänningen vid vilken märkströmmarna ställs in i lindningarna kallas kortslutningsspänningen. Kortslutningsspänningen är som regel obetydlig och överstiger inte 10 % av den nominella spänningen.
Elektriska förluster i transformatorn under kortslutningsupplevelsen kommer att fastställas :Re= I 2 1nom R 1 + I 2 2nom R 2.
Eftersom när man genomför ett kortslutningstest i transformatorlindningarna, ställs märkströmmar in, då kommer de elektriska förlusterna i dem att vara desamma som i märkläget. Magnetiska förluster är proportionella mot spänningen på primärlindningen, och sedan I kortslutningsexperimentet appliceras en obetydlig spänning på primärlindningen, då är de magnetiska förlusterna obetydliga. Om man bortser från mindre magnetiska förluster kan vi alltså anta att hela effekten som mäts i kortslutningstestet är effekten av elektriska förluster.
År 1876 PI. Yablochkov föreslog att man skulle använda en transformator för att driva ljusen. I framtiden utvecklades designen av transformatorer av en annan rysk uppfinnare, en mekaniker OM. Usagin, som föreslog att man skulle använda transformatorer för att driva inte bara Yablochkov-ljus utan även andra konsumenter av elektrisk energi.
En transformator är en elektrisk anordning baserad på fenomenet ömsesidig induktion och utformad för att omvandla växelström av en spänning till växelström med en annan spänning, men med samma frekvens. Den enklaste transformatorn har en stålkärna och två lindningar isolerade både från kärnan och från varandra.
Lindningen av en transformator som är ansluten till en spänningskälla kallas primärlindning, och lindningen till vilken konsumenter är anslutna eller transmissionsledningar som leder till konsumenter kallas sekundärlindning.
En växelström, som passerar genom primärlindningen, skapar ett växlande magnetiskt flöde, som låser sig med sekundärlindningens varv och inducerar en emk i dem.
Eftersom det magnetiska flödet är variabelt, är den inducerade EMF i sekundärlindningen av transformatorn också variabel och dess frekvens är lika med frekvensen av strömmen i primärlindningen.
Det variabla magnetiska flödet som passerar genom transformatorns kärna korsar inte bara sekundärlindningen utan också transformatorns primärlindning. Därför kommer en EMF också att induceras i primärlindningen.
Storleken på EMF som induceras i transformatorns lindningar beror på frekvensen av växelströmmen, antalet varv av varje lindning och storleken på det magnetiska flödet i kärnan. Vid en viss frekvens och ett konstant magnetiskt flöde beror värdet på EMF för varje lindning endast på antalet varv av denna lindning. Detta förhållande mellan EMF-värdena och antalet varv av transformatorlindningarna kan uttryckas med formeln: ?1 / ?2 = N1 / N2, var? 1 och?
Skillnaden mellan EMF och spänning är så liten att förhållandet mellan spänningar och antalet varv för båda lindningarna kan uttryckas med formeln: U1 /U2==N1/N2. Skillnaden mellan EMF och spänning i transformatorns primärlindning blir särskilt liten när sekundärlindningen är öppen och strömmen i den är noll (tomgång), och endast en liten ström flyter i primärlindningen, så kallad tomgångsström. . I detta fall är spänningen vid terminalerna på sekundärlindningen lika med den EMF som induceras i den.
Siffran som visar hur många gånger spänningen i primärlindningen är större (eller mindre) än spänningen i sekundärlindningen kallas transformationsförhållandet och betecknas med bokstaven k. k = U1/U2? N1/N2.
Märkspänningen för hög- och lågspänningslindningarna, som anges på transformatorns märkskylt, hänvisar till tomgångsläget.
Transformatorer som tjänar till att öka spänningen kallas step-up; deras omvandlingsförhållande är mindre än ett. Step-down transformatorer sänker spänningen; deras omvandlingsförhållande är större än ett.
Läget där transformatorns sekundärlindning är öppen och en växelspänning appliceras på primärlindningens terminaler kallas tomgång eller tomgång av transformatorn.
Låt oss ta en spole med en ferromagnetisk kärna och ta ut lindningens ohmska motstånd som ett separat element som visas i figur 1.
Figur 1. Induktor med ferromagnetisk kärna
När en växelspänning e c appliceras i spolen, enligt lagen om elektromagnetisk induktion, uppstår en EMF av självinduktion e L.
(1) var ψ
- flödeskoppling, W- antalet varv i lindningen, Fär det huvudsakliga magnetiska flödet. Vi försummar spridningsflödet. Spänningen som appliceras på spolen och den inducerade EMF är balanserade. Enligt den andra Kirchhoff-lagen för ingångskretsen kan vi skriva:
e c + e L = i × R utbyte, (2)var R obm - aktivt motstånd hos lindningen.
I den mån som e L >> i × R utbyte, då försummar vi spänningsfallet över det ohmska motståndet, då e c ≈ −e L. Om nätspänningen är harmonisk, e c = E m cosω t, sedan:
(3)
Låt oss hitta det magnetiska flödet från denna formel. För att göra detta överför vi antalet varv i lindningen till vänster sida och det magnetiska flödet Ф till höger:
(4)
Ta nu den obestämda integralen av höger och vänster sida:
(5)Eftersom vi anser att den magnetiska kretsen är linjär, flyter endast harmonisk ström i kretsen och det finns ingen permanent magnet eller en konstant komponent av det magnetiska flödet, då är integrationskonstanten c \u003d 0. Då är bråkdelen framför sinus amplituden för det magnetiska flödet
(6)varifrån vi uttrycker amplituden för den ingående EMF
E m = F m × W & gånger ω (7)Dess effektiva värde är
(8) (9)Uttryck (9) kallas den grundläggande formeln för transformatorns EMF, som endast gäller för övertonsspänning. Med en icke-harmonisk spänning modifieras den och den så kallade formfaktorn införs, lika med förhållandet mellan det effektiva värdet och medelvärdet:
(10)
Hitta formfaktorn för en övertonssignal, medan medelvärdet finns i intervallet från 0 till π/2
(11)
Då är formfaktorn 
och den grundläggande formeln för transformatorns EMF tar den slutliga formen:
Om signalen är en sekvens av rektangulära pulser av samma varaktighet (meander), är amplitud-, effektiva och medelvärdena för halva perioden lika med varandra och dess k f = 1. Du kan hitta formfaktorn för andra signaler. Den grundläggande formeln för transformator EMF kommer att vara giltig.
Låt oss bygga ett vektordiagram av en spole med en ferromagnetisk kärna. Med en sinusformad spänning vid spolens terminaler är dess magnetiska flöde också sinusformigt och släpar efter spänningen i fas med en vinkel π / 2, som visas i figur 2.
Fråga 7. EMF för transformatorlindningar.
Funktionsprincipen för transformatorn är baserad på fenomenet elektromagnetisk induktion (ömsesidig induktion). Ömsesidig induktion består i att inducera en EMF i en induktiv spole när strömmen ändras i den andra spolen.
Under påverkan av växelström i primärlindningen skapas ett växelmagnetiskt flöde i magnetkretsen
som penetrerar primär- och sekundärlindningarna och inducerar en emk i dem
var är amplitudvärdena för EMF.
Det effektiva värdet av EMF i lindningarna är
;
.
Förhållandet mellan lindningarnas EMF kallas transformationsförhållandet
Om , då är den sekundära EMF mindre än den primära och transformatorn kallas en nedtrappningstransformator, med en upptrappningstransformator.
Fråga 8. Vektordiagram av en idealisk transformator på tomgång.
Eftersom vi överväger en idealisk transformator, d.v.s. utan förlust och effektbortfall, då strömmen x.x. är rent magnetiserande - , dvs. det skapar en magnetiserande kraft som skapar ett flöde, där är kärnans magnetiska motstånd, bestående av stålets motstånd och motståndet vid kärnans leder. Både amplituden och formen på strömkurvan beror på graden av mättnad av det magnetiska systemet. Om flödet ändras sinusformigt, då med omättat stål, är tomgångskurvan nästan också sinusformad. Men när stålet är mättat skiljer sig strömkurvan mer och mer från sinusformen (Fig. 2.7.) Strömkurvan x.x. kan sönderdelas till övertoner. Eftersom kurvan är symmetrisk kring x-axeln innehåller serien endast övertoner av udda ordning. Första övertonsströmmen i ( 01) är i fas med huvudströmmen. Av de högre övertonerna är den tredje övertonen av strömmen mest uttalad i ( 03) .
Fig 2.7 X.X strömkurva
Effektivt värde för tomgångsström:
.
(2.22)
Här jag 1 m , jag 3 m , jag 5 m- Amplituder för den första, tredje och femte övertonen av tomgångsströmmen.
Eftersom tomgångsströmmen ligger efter spänningen med 90 är den aktiva effekten som förbrukas av en ideal transformator från nätet också noll, d.v.s. En idealisk transformator drar rent reaktiv effekt och magnetiseringsström från nätverket.
Vektordiagrammet för en ideal transformator visas i fig. 2.8.
Ris. 2.8. Vektordiagram av en idealisk transformator
Fråga 9 Vektordiagram över tomgången hos en riktig transformator.
I en riktig transformator är det avledning och förluster i stål och koppar. Dessa förluster täcks av kraften R 0 går in i transformatorn från nätverket.
var jag 0a - effektivt värde för den aktiva komponenten av tomgångsströmmen.
Därför lämnar tomgångsströmmen i en riktig transformator två: magnetisering - skapar huvudflödet F och sammanfaller med den i fas, och aktiv:
Vektordiagrammet för en riktig transformator visas i fig. 2.9.
Vanligtvis har därför denna komponent liten effekt på värdet av tomgångsströmmen, men mer påverkar formen på strömkurvan och dess fas. Strömkurvan utan belastning är tydligt icke-sinusformad och förskjuts i tid i förhållande till flödeskurvan med en vinkel som kallas den magnetiska eftersläpningsvinkeln.
Genom att ersätta den faktiska tomgångskurvan med en ekvivalent sinusform kan spänningsekvationen skrivas i komplex form, där alla storheter varierar sinusformigt:
Med tanke på att spridningens EMF,
Ris. 2.9. Vektordiagram av en riktig transformator
Ris. 2.11. Transformatorspänningsvektordiagram, obelastat läge
