Устройство однофазного трансформатора – 41. Назначение и область применения трансформаторов. Устройство и принцип действия однофазного трансформатора.

Однофазный трансформатор. Назначение, устройство и основные характеристики

Есть старая институтская шутка. На вопрос преподавателя «как работает однофазный трансформатор» студент в ответ гудит: «У-у-у!». Звук такой действительно имеет место, обусловлен же он тем, что при наведении индукционного поля возникает магнитно-стрикционный эффект, заставляющий пластины магнитопровода вибрировать.

Однофазный трансформатор предназначен для создания переменного напряжения нужной величины для нагрузки, не нуждающейся в трехфазном электропитании.

Любой трансформатор состоит из двух основных узлов: сердечника и катушек, их бывает не менее двух. Принцип работы простой. В результате прохождения электрического тока по проводнику в первичной обмотке, на вторичную наводится электродвижущая сила (ЭДС). Сердечник состоит из пластин ферромагнетика, то есть материала, способствующего усилению магнитного поля (электротехническая сталь специальных марок).

Величина ЭДС определяется по формуле:

Е = 4,44 х Ф х f х ω

где:

Ф – амплитуда магнитного потока;

f – частота тока;

ω – число витков в обмотке.

Допустимая мощность нагрузки, которую «потянет» однофазный трансформатор, задается сечением провода, которым намотаны катушки, и добротностью магнитопровода, в частности магнитной проницаемостью ферромагнетика µ. Размеры сердечника и число витков являются предметом расчета, который часто становится темой курсовой работы в технических ВУЗах.

В любом случае, чем мощнее однофазные трансформаторы напряжения, тем внушительнее их размеры. На их корпусе чаще всего есть ярлык с перечислением основных параметров (допустимого тока входного и выходного напряжений). Однако так бывает не всегда.

На практике многие ремонтники часто сталкиваются с необходимостью заменить сгоревший однофазный трансформатор напряжения. Для того чтобы убедиться в пригодности, следует изучить характеристики устройства, предназначенного для замены.

Первое, что следует сделать, это определить входную обмотку. У понижающих трансформаторов она имеет наибольшее сопротивление.

Затем, включив его в сеть, можно измерить выходное напряжение в режиме холостого хода. Отношение входного и выходного ЭДС составляет коэффициент трансформации K. Он также равен дроби N вх./N вых., то есть числу витков в обмотках.

После этого можно в качестве нагрузки подсоединить мощное переменное сопротивление (реостат) и снять вольт-амперную характеристику, определив величину номинального тока. По мере роста нагрузки выходное напряжение постепенно падает.

Трансформаторы бывают не только силовыми, но и измерительными. В тех случаях, когда нужно определять значительную величину тока в цепи, используют амперметр. Он включается последовательно, и должен иметь низкое сопротивление в сочетании с большим сечением провода в магнитной отклоняющей системе. Такой прибор был бы слишком массивным и дорогим, поэтому используют однофазные трансформаторы тока, снимающие пропорционально уменьшенные значения, и подающие их на обычные серийные амперметры. Вычислить ампераж несложно, остается лишь применить указанные на корпусе множители.

fb.ru

основные характеристики и режимы работы

В энергетической сфере деятельности используются первичные источники высокого переменного напряжения, однако в быту или на предприятиях необходимо значительно его снизить. Для этой цели применяются трансформаторы. Для полного понимания и грамотного применения напряжения в быту необходимо знать принцип действия однофазного трансформатора.

Общие сведения о трансформаторах

Значительно легче передавать переменный ток на большие расстояния, так как достигаются минимальные потери, связанные с величинами напряжения (U) и тока (I). Кроме того, для передачи не переменного, а постоянного I необходимо применять сложную электронику, которая основана на усилении параметров электричества. Основной частью этой технологии являются мощные транзисторы, которые требуют специального охлаждения, и главным критерием является цена. Использование трансформаторов, которые работают только от переменной величины тока, является оптимальным решением.

Назначение и устройство

Трансформатор (Т) — это специализированное электрическое устройство, которое работает только от переменного I и используется для преобразования значений входного U и I в необходимые значения этих величин, предусмотренных потребителем.

Т является довольно примитивным устройством, однако в его конструкции есть некоторые особенности. Для понимания принципа действия однофазного трансформатора следует изучить его назначение и устройство. Устроен однофазный трансформатор следующим образом — он состоит из магнитопровода и обмоток.

Магнитопровод, или сердечник трансформатора, выполнен из ферромагнитного материала.

Ферромагнетики — это вещества, обладающие самопроизвольной намагниченностью. Это обусловлено тем, что атомы вещества обладают очень важными свойствами: постоянные спиновые и орбитальные моменты. Свойства ферромагнетиков зависят от температуры и действия магнитного поля. Для изготовления магнитопровода Т используются такие материалы: электротехническая сталь или пермаллой.

Электротехническая сталь содержит в своем составе большую массовую долю кремния (Si), которая под действием высокой температуры соединяется с атомами углерода ©. Этот тип используется во всех типах Т, независимо от мощности.

Пермаллой является сплавом, состоящим из никеля (Ni) и железа (Fe), и применяется только в маломощных трансформаторах.

Тип Т представляет собой катушки, состоящие из каркаса и провода, покрытого изоляционным материалом. Этот провод намотан на основание катушек, и количество витков зависит от параметров Т. Количество катушек может быть 2 и более, оно зависит от конструктивной особенности электрического устройства и определяется сферой применения.

Принцип действия

Принцип работы однофазного трансформатора довольно простой и основан на генерации электродвижущей силы (ЭДС) в обмотках проводника, который находится в движущемся магнитном поле и сгенерирован при помощи переменного I. При прохождении электричества по обмоткам первичной катушки создается магнитный поток (Ф), который пронизывает и вторичную катушку. Силовые линии Ф благодаря замкнутой конструкции магнитопровода имеют замкнутую структуру. Для получения оптимальной мощности Т необходимо располагать катушки обмоток на близком расстоянии относительно друг друга.

Исходя из закона электромагнитной индукции происходит изменение Ф и индуцируется в первичной обмотке ЭДС. Эта величина называется ЭДС самоиндукции, а во вторичной — ЭДС взаимоиндукции.

При подключении потребителя к первичной обмотке Т в цепи появится электрическая энергия, которая передается из первичной обмотки через магнитопровод (катушки не связаны гальванически). В этом случае средством передачи электроэнергии служит только Ф. Трансформаторы по конструктивной особенности бывают различные. По достижению максимальной магнитной связи (МС) Т делятся на следующие типы:

  1. Сильная.
  2. Средняя.
  3. Слабая.

При слабой МС происходит значительная потеря энергии и Т такого типа практически не применяются. Основной особенностью таких Т являются незамкнутые сердечники.

Уровень средней МС достигается только при полностью замкнутом магнитопроводе. Одним из примеров такого Т является стержневой тип, у которого обмотки расположены на железных стержнях и соединены между собой накладками или ярмами. В результате такой конструкции получается полностью замкнутый сердечник.

Примером сильной МС является Т броневого типа, обмотки которого располагаются на одной или нескольких катушках. Эти обмотки расположены очень близко, благодаря чему и обеспечивается минимальная потеря электрической энергии. Магнитопровод полностью покрывает катушки, создавая более сильный Ф, который разбивается на 2 части. У трансформаторов такого типа потоки сцепления между обмотками практически равны.

Режимы работы

Т, как и любой вторичный источник питания, имеет определенные режимы работы. Режимы отличаются потреблением I. Существует 2 режима: холостого хода и нагрузки. При холостом ходе Т потребляет минимальное количество I, которое используется только на намагничивание и потери в обмотках на нагревание. Кроме того, происходит рассеивание магнитного поля. Ф создается I магнитодвижущей силы, которую генерирует первичная обмотка. В этом случае I холостого хода составляет 3−10% от номинального показателя (Iн).

При нагрузке во II обмотке появляется I, а значит — и магнитодвижущая сила (МДС). По закону Ленца: МДС II обмотки действует против МДС первичной обмотки. При этом ЭДС в первичной обмотке во время нагрузки Т равна U и прямо пропорциональна Ф. В этом случае получение k можно записать в виде: I1 / I2 = w2/w1 = 1/k.

Исходя из формул для расчета k, можно получить еще одно соотношение Т: e1 * I1 = e2 * I2 = 1.

Это соотношение показывает, что мощность, потребляемая первичной обмоткой, равна мощности, которую потребляет II обмотка при нагрузке. Мощность Т измеряется в вольт-амперах (ВА).

Основные параметры

Кроме того, следует отметить, что любой Т обладает некоторыми параметрами, которые и отличаются от других трансформаторов. К тому же, если понимать эти зависимости, то можно рассчитать и изготовить Т своими руками.

Связь между ЭДС, возникающей в обмотках Т, зависит от количества витков каждой из них. Исходя из того, что I и II обмотки пронизываются одним и тем же Ф, возможно вычислить следующее соотношение на основании общего закона индукции для мгновенных значений ЭДС:

  1. Для первичной с количеством витков w1: e1 = — w1 * dФ/dt * E-8.
  2. Для вторичной с количеством витков w2: e2 = — w2 * dФ/dt * E-8.

Соотношение dФ/dt показывает величину изменения Ф за единицу времени. Значение потока Ф зависит от закона изменения переменного тока за единицу времени. Исходя из этих выражений получается следующая формула соотношения числа витков к ЭДС каждой обмотки:

e1/e2 = w1/w2.

Следовательно, можно сделать следующий вывод: индуцируемые в обмотках значения ЭДС также относятся к друг другу, как и число витков обмоток. Для более простой записи можно сопоставить значения e и U: e = U. Из этого следует, что e1 = U1 e2 = U2 и возможно получить еще одну величину, называемую коэффициентом трансформации (к): e1/e2 = U1/U2 = w1 / w2 = k. По коэффициенту трансформации Т делятся на понижающие и повышающие.

Понижающим является Т, k которого меньше 1, и, соответственно, если к > 1, то он является повышающим. При отсутствии потерь в проводах обмоток и рассеивания Ф (они незначительны и ими можно пренебречь) вычислить основной параметр Т (k) достаточно просто. Для этого необходимо воспользоваться следующим простым алгоритмом нахождения k: найти соотношения U обмоток (если обмоток более 2, то соотношение нужно искать для всех обмоток).

Однако расчет k является только первым шагом для дальнейшего расчета или выявления неисправности на наличие короткозамкнутых витков.

Чтобы определить значения U, необходимо использовать 2 вольтметра, точность которых составляет около 0,2−0,5. Кроме того, для определения k существуют такие способы:

  1. По паспорту.
  2. Практически.
  3. Использование определенного моста (мост Шеринга).
  4. Прибором, предназначенным для этой цели (УИКТ).

Таким образом, принцип работы однофазного трансформатора основан на простом законе физики, а именно: если проводник с n количеством витков поместить в магнитное поле, причем это поле должно постоянно меняться с течением времени, то в витках будет генерироваться ЭДС. В этом случае справедливо и обратное утверждение: если в постоянное магнитное поле поместить проводник и осуществлять им движения, то в его обмотках начинает появляться ЭДС.


220v.guru

K00K20ER

1.
Однофазный трансформатор: назначение
и область применения.

2.
Однофазный трансформатор: устройство,
принцип действия, коэффициент
трансформации.

3.
Уравнения электрического и магнитного
состояний трансформатора.

1.
Однофазный трансформатор: назначение
и область применения.

Трансформатором
называется статический электромагнитный
аппарат, предназначенный для преобразования
электрической энергии переменного
тока одного напряжения в электрическую
энергию переменного тока другого
напряжения той же частоты.

Назначение
трансформатора отражено в его определении.

Трансформаторы
находят очень широкое применение в
электрических сетях, являясь неотъемлемой
частью энергосистемы. Передача
электрической энергии по линиям
электропередач осуществляется при
высоких напряжениях — до 500 кВ и выше (до
1150 кВ), т.к. при этом для передачи той же
мощности требуется меньший ток, а это
ведет к снижению потерь в проводах.
Поэтому на подстанциях с помощью
трансформаторов на передающей стороне
повышают напряжение, а на приемной
снижают. Такие трансформаторы называются
силовыми. Кроме того существуют
измерительные трансформаторы, сварочные
и др. В электронных устройствах
трансформаторы часто используют для
гальванического разделения цепей.

Трансформаторы
также относятся к электрическим машинам,
хотя в прямом смысле они не относятся
(не имеют движущихся частей). Однако
основные соотношения между величинами,
характеризующими рабочий процесс
трансформатора, применимы и к электрическим
машинам.

2.
Однофазный трансформатор: устройство,
принцип действия,


коэффициент трансформации
.

Рассмотрим
устройство трансформатора:

На
замкнутом магнитопроводе, выполненном
из магнитомягкой листовой стали,
расположены две (или более) катушки
(обмотки). К одной из обмоток подводится
электрическая энергия от источника
переменного тока. Эта обмотка называется
первичной. От другой, вторичной, обмотки
с числом витков W2 энергия отводится к
приемнику. Все величины, относящиеся
к этим обмоткам (токи, напряжения,
мощности и т.п.) называются соответственно
первичными или вторичными.

Под
действием переменного напряжения U1,
подведенного к первичной обмотке, в ней
возникает ток I1,
а в сердечнике возбуждается соответственно
изменяющийся магнитный поток Ф. Этот
поток пересекает витки

обеих
обмоток трансформатора и индуктирует
в них ЭДС:

;

В
каждый момент времени отношение этих
ЭДС пропорционально отношению количества
витков обмоток:

Если
цепь вторичной обмотки замкнута, то
под действием ЭДС Е2

возникает
ток I2.

При
синусоидальном изменении напряжения
питания U1
с частотой f
поток в магнитопроводе Ф
оказывается практически синусоидальным.
Действующие значения ЭДС в обмотках
можем найти по формуле:

E1
= 4,44 W1
f Фm;

E2
= 4,44 W2
f Фm.

Отношение
этих ЭДС

принято
называть коэффициентом трансформации.
Приближенно можно принять, что ЭДС
обмоток равны напряжениям на их зажимах,
т.е.

Полученное
равенство характеризует основное
назначение трансформатора — преобразование
одного напряжения в другое, большее или
меньшее.

Цепи
высшего и низшего напряжения электрически
изолированы друг от друга и связаны
лишь магнитным потоком, замыкающимся
в сердечнике трансформатора. Преобразование
электрической энергии в трансформаторе
сопровождается весьма малыми потерями
энергии: величина КПД при номинальной
нагрузке изменяется в пределах 0,96 —
0,996 в зависимости от мощности трансформатора.
Этим объясняется исключительно большое
распространение трансформаторов в
современной технике.

Однофазный
трансформатор с ферромагнитным
сердечником был предложен выдающимся
русским изобретателем П.Н.Яблочковым
в 1876 г.

3.
Уравнения электрического и магнитного
состояний

трансформатора.

Представим
трансформатор в упрощенном виде.
Пренебрежем потоками рассеяния и
активным сопротивлением обмоток:

Фs1
= 0; Ф
s2
= 0; R
1
= 0; R
2
= 0.

Такой
трансформатор называется идеальным
трансформатором.

Для
идеального трансформатора по второму
закону Кирхгофа можно записать
уравнения электрического состояния
обмоток:

;

Согласно
закону электромагнитной индукции можно
записать:

где

— потокосцепление, = Li.

Возьмем
отношение:

Это
уравнение отражает важнейшее свойство
идеализированного трансформатора
преобразовывать
напряжение без искажения формы.

Так
как на W1
подается переменное напряжение, то

Выразим
«е»
через «Ф«:

так
как

Получили
амплитудное значение ЭДС:

Найдем
действующее значение ЭДС:

По
аналогии для вторичной обмотки:

Эти
уравнения для идеализированного
трансформатора используются при анализе
электрических процессов в трансформаторе.

Теперь
учтем наличие потоков рассеяния Фs1 и
Фs2 и активное сопротивление обмоток
R1 и R2. Запишем с учетом этих величин
уравнение по второму закону Кирхгофа
для первичной и вторичной обмоток
трансформа-

тора:

Параметр

представляет собой падение напряжения
на индуктивности и в комплексной форме
записывается как j
X1
I1.

Перейдем
к комплексным значениям параметров:

U1
= —
E1
+ j X
1
I1
+ R
1
I1
= —
E1
+
I1
(R
1
+ j X
1)
= —
E1
+
I1
Z1

Получили
уравнение электрического состояния
первичной обмотки

трансформатора
в комплексной форме.

Для
вторичной обмотки

Получили
уравнение электрического состояния
для вторичной обмотки трансформатора.

Трансформатор
— электромагнитное устройство. Для него
справедлив закон полного тока:

где
Н
— напряженность магнитного поля,

lср
— длина средней магнитной линии сердечника.

Рассмотрим
2 режима работы: холостой ход и режим
номинальной нагрузки.

Для
холостого хода:

Для
номинальной нагрузки:

Правые
части уравнений неизменны, поэтому
приравниваем между собой левые части:

Поделим
каждый член на
W
1
и частично преобразуем

,

где
I10
— ток холостого хода или намагничивающий
ток,


приведенный ток вторичной обмотки.

Знак
» — » в уравнении отражает
размагничивающее действие тока
I2.

Таким
образом, ток первичной обмотки можно
представить как сумму двух токов:
приведенный ток вторичной обмотки I2|
плюс намагничивающий ток I10.

Еслт
сердечник идеален, то

I10
= 0

и 0 = I1
W
1
+
I2
W
2

Таким
образом, трансформация тока осуществляется
без искажения формы:

studfiles.net

41. Назначение и область применения трансформаторов. Устройство и принцип действия однофазного трансформатора.

Трансформатор
(от лат. transformo — преобразую) — статическое
(не имеющее подвижных частей) устройство
по преобразованию переменного тока
одного напряжения в переменный ток
другого напряжения при неизменной
частоте без существенных потерь мощности,
основанное на принципе электромагнитной
индукции. Применение:
1. электросети

в связи с необходимостью передачи
электрической энергии на большие
расстояния (рис. 1.1). Экономически выгодно
передавать энергию при высоких напряжениях
и малых токах (требуется меньшее сечение
проводов). 2.
источник питания — Для питания разных
узлов электроприборов. Другие
применения:
1.Разделительные
трансформаторы. Нулевой провод электросети
имеет контакт с «землёй», поэтому при
одновременном касании человеком фазового
провода и заземлённого предмета тело
человека замыкает электрическую цепь,
что создает угрозу поражения электрическим
током. Если же прибор включён в сеть
через трансформатор, касание прибора
одной рукой вполне безопасно, поскольку
вторичная цепь трансформатора никакого
контакта с землёй не имеет. 2. Измерительные
трансформаторы. Применяют для измерения
очень больших или очень маленьких
переменных напряжений и токов в цепях
РЗиА. 3. Импульсные трансформаторы (ИТ).
Основное применение заключается в
передаче прямоугольного электрического
импульса. Он служит для трансформации
кратковременных видеоимпульсов
напряжения, обычно периодически
повторяющихся с высокой скважностью.

Устройство и
принцип действия однофазного
трансформатора.
На
стержнях магнитопровода, размещаются
изолировано друг от друга и от стержня
две обмотки с числом витков W
и Wсоответственно.
Обмотка, к которой подводится электрическая
энергия из сети, называется первичной.
Обмотка, в которой включается потребитель
– вторичной. В зависимости от напряжения
различают обмотку высшего напряжения
и низшего. Трансформатор работает на
принципе электромагнитной индукции:
переменный ток
,
проходя по первичной обмотке, создаёт
в магнитопроводе переменный магнитный
поток Ф,
который пронизывает одновременно витки
обеих обмоток. При изменении потока во
времени в витках индуцируется ЭДС.
Поэтому вторичная обмотка может
рассматриваться как источник напряжения

.
Если эту обмотку замкнуть на сопротивление
нагрузки Z,
то в ней потечёт ток
.Из
принципа действия трансформатора ясно,
что он может работать только на переменном
токе. При постоянном напряжении

и токе
магнитный потокФ
не будет изменятся во времени, а значит
не будет индуцировать ЭДС E.Однофазные
трансформаторы бывают двухобмоточные
и многообмоточные (одна первичная и
несколько вторичных).Мгновенные значение
индуктированной ЭДС одного витка может
быть найдено по формуле:
.
то есть синусоидален.

42. Режим холостого хода трансформатора

Под холостым ходом
трансформатора понимается режим его
работы при разомкнутой вторичной
обмотке. Первичная обмотка трансформатора
подключена к источнику переменного
напряжения. Ток i
первичной обмотки создает переменное
магнитное поле, намагничивающее сердечник
трансформатора. Магнитный поток в
трансформаторе разделим на две части:
основной магнитный поток Ф, замыкающийся
в сердечнике, и поток рассеяния Ф1S,
замыкающийся частично по воздуху. W1
— число
витков первичной обмотки,W2
число витков вторичной обмотки; R1
— активное сопротивление первичной
обмотки.

Основной магнитный
поток изменяется по синусоидальному
закону

Напряжение на первичной катушке имеет
три слагаемых: падение напряжения,
напряжение, уравновешивающее
трансформаторную ЭДС, напряжение,
уравновешивающее ЭДС рассеяния. По
второму закону Кирхгофа для первичной
обмотки,откуда.это
уравнение в комплексной форме,
гдеиндуктивное сопротивление рассеяния
первичной обмотки. На рис. изображена
векторная диаграмма трансформатора,
работающего в режиме холостого хода.
Векторы трансформаторных ЭДСиотстают
на 90° от вектора основного магнитного
потока.
Вектор напряженияпараллелен
вектору тока,
а векторопережает
вектор токана
90°. Вектор напряжения на зажимах первичной
обмотки трансформатораравен
геометрической сумме векторов -,,.
 На рис2. изображена схема  замещения
трансформатора,  соответствующая
уравнению  XЭ
— индуктивное сопротивление, пропорциональное
реактивной мощности, затрачиваемой
на создание основного магнитного потока.
 В режиме холостого хода.
 Коэффициент трансформации.

studfiles.net

Однофазный трансформатор. Принципы работы. Основные параметры

Устройство, состоящее из двух или нескольких индуктивно связанных катушек, называется трансформатором.

Трансформатор — это электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Наибольшее распространение получили однофазные и трехфазные трансформаторы.

Принцип действия трансформатора основан на явлении взаимной индукции. Простейший однофазный трансформатор состоит из двух катушек, расположенных на ферромагнитном сердечнике. (рис. 3.3.1)

рис. 3.3.1

Обмотка, к которой подключен источник энергии, называется первичной, а обмотка, к которой подключается нагрузка, называется вторичной.

При подключении первичной катушки к источнику переменного тока по ней потечет ток I1, который создает магнитный поток ф. Часть этого потока пересекает витки вторичной катушки, индуцируя в ней ЭДС взаимной индукции. Так как вторичная катушка замкнута на нагрузку, то по вторичной цепи потечет ток I2.

Таким образом, энергия от источника за счет магнитной связи между катушками передается в нагрузку.

Основными параметрами трансформатора являются: коэффициент трансформации, коэффициент полезного действия и мощность потерь.

Коэффициентом трансформации называется отношение количества витков первичной обмотки к количеству витков вторичной обмотки.

Если , то трансформатор называется понижающим (U1 U2), а если n 1 — то повышающим.

U2 — напряжение на первичной обмотке;

U2 — напряжение на вторичной обмотке;

W1 – число витков первичной катушки;

W2 — число витков вторичной катушки

 

Коэффициент полезного действия (КПД) называется отношение полезной мощности, выделяемой в нагрузке, к затраченной мощности, потребляемой от источника, выраженное в процентах.

Р1 – полезная мощность, выделяемая в нагрузке;

Р2 – затраченная мощность, потребляемая от источника;

Рсм = Рчистер + Рвихр.токи

Рм1 – мощность тепловых потерь в первичной катушке;

Рм2 — мощность потерь во вторичной катушке;

Рсм – мощность потерь в сердечнике, обусловленная потерями на гистерезис и вихревые токи.

Общие потери – это разность мощностей источника и потребителя энергии.

в понижающем трансформаторе

в повышающем трансформаторе

При расчете трансформаторов и аппаратуры с их использованием применяют схему замещения приведенного «трансформатора», в которой элементы электрической схемы учитывают физические процессы, происходящие в реальном трансформаторе.

Вопросы для самопроверки

1. Что называется трансформатором?

2. На чем основан принцип действия трансформатора?

3. Приведите схему однофазного трансформатора?

4. Что называется коэффициентом трансформации?

5. Какой трансформатор называется понижающим, а какой – повышающим?

6. Как определяется КПД трансформатора?

7. Из чего складываются потери трансформатора?

 

 

Тема №2: Электрические машины [Яцкевич]

Устройство и принцип действия машин постоянного тока.

Машина постоянного тока состоит из двух основных частей: подвижной и неподвижной. Неподвижная часть — индуктор представляет собой электромагнит, имеющий одну или несколько пар полюсов. Он состоит из станины, полюсов и обмоток возбуждения, расположенных на полюсах. Под действием постоянного тока, протекающего по обмоткам возбуждения, полюса намагничиваются. Таким образом, создается магнитный поток машины.

Вращающаяся часть машины — якорь состоит из вала, сердечника и обмотки якоря, соединенной с коллектором. Якорная обмотка через коллекторные пластины и прилегающие к ним контактные щетки соединяется с внешней электрической цепью.

Когда якорь генератора вращается каким-либо двигателем, в обмотке якоря, пересекающей магнитный поток полюсов, индуктируется э.д.с. Начальный ток возбуждения в параллельной обмотке возникает под действием небольшой э.д.с., которая индуктируется за счет остаточного магнитного потока, после чего происходит «самовоз­буждение» генератора.

 

Похожие статьи:

poznayka.org

Принцип действия и устройство однофазного трансформатора

Работа однофазового трансформатора вхолостую

Трансформаторами в электротехнике именуют такие электротехнические устройства, в каких электронная энергия переменного тока от одной недвижной катушки из проводника передается другой недвижной же катушке из проводника, не связанной с первой электрически.

Звеном, передающим энергию от одной катушки другой, является магнитный поток, сцепляющийся с обеими катушками и безпрерывно меняющийся по величине и по направлению.

Рис. 1.

На рис. 1а изображен простой трансформатор, состоящий из 2-ух катушек / и //, расположенных коаксиально одна над другой. К катушке / подводится переменный ток от генератора переменного тока Г. Эта катушка именуется первичной катушкой либо первичной обмоткой. С катушкою //, именуемой вторичной катушкой либо вторичной обмоткой, соединяется цепь приемниками электронной энергии.

Принцип деяния трансформатора

Действие трансформатора заключается в последующем. При прохождении тока в первичной катушке / ею создается магнитное поле, силовые полосы которого пронизывают не только лишь создавшую их катушку, но отчасти и вторичную катушку //. Примерная картина рассредотачивания силовых линий, создаваемых первичною катушкою, изображена на рис. 1б.

Как видно из рисунка, все силовые полосы замыкаются вокруг проводников катушки /, но часть их на рис. 1б силовые полосы 1, 2, 3, 4 замыкаются также вокруг проводников катушки //. Таким макаром катушка // является магнитно связанной с катушкою / при посредстве магнитных силовых линий.

Степень магнитной связи катушек / и //, при коаксиальном расположении их, находится в зависимости от расстояния меж ними: чем далее катушки друг от друга, тем меньше магнитная связь меж ними, ибо тем меньше силовых линий катушки / сцепляется с катушкою //.

Потому что через катушку / проходит, как мы предполагаем, переменный ток, т. е. ток, меняющийся во времени по какому-то закону, к примеру по закону синуса, то и магнитное поле, им создаваемое, также будет изменяться во времени по тому же закону.

К примеру, когда ток в катушке / проходит через наибольшее значение, то и магнитный поток, им создаваемый, также проходит через наибольшее значение; когда ток в катушке / проходит через нуль, меняя свое направление, то и магнитный поток проходит через нуль, также меняя свое направление.

В итоге конфигурации тока в катушке / обе катушки / и // пронизываются магнитным потоком, безпрерывно меняющим свою величину и свое направление. Согласно основному закону электрической индукции при всяком изменении пронизывающего катушку магнитного потока в катушке индуктируется переменная электродвижущая сила. В нашем случае в катушке / индуктируется электродвижущая сила самоиндукции, а в катушке // индуктируется электродвижущая сила взаимоиндукции.

Если концы катушки // соединить с цепью приемников электронной энергии (см. рис. 1а), то в этой цепи появится ток; как следует приемники получат электронную энергию. В то же время к катушке / от генератора направится энергия, практически равная энергии, отдаваемой в цепь катушкой //. Таким макаром электронная энергия от одной катушки будет передаваться в цепь 2-ой катушки, совсем не связанной с первой катушкой гальванически (металлически). Средством передачи энергии в данном случае является только переменный магнитный поток.

Изображенный на рис. 1а трансформатор очень несовершенен, ибо меж первичной катушкой / и вторичной катушкой // магнитная связь невелика.

Магнитная связь 2-ух обмоток, вообщем говоря, оценивается отношением магнитного потока, сцепляющегося с обеими обмотками, к сгустку, создаваемому одной катушкой.

Из рис. 1б видно, что только часть силовых линий катушки / замыкается вокруг катушки //. Другая часть силовых линий (на рис. 1б — полосы 6, 7, 8) замыкается только вокруг катушки /. Эти силовые полосы в передаче электронной энергии от первой катушки ко 2-ой совсем не участвуют, они образуют так называемое поле рассеяния.

Для того чтоб прирастить магнитную связь меж первичной и вторичной обмотками и сразу уменьшить магнитное сопротивление для прохождения магнитного потока, обмотки технических трансформаторов располагают на совсем замкнутых стальных сердечниках.

Первым примером выполнения трансформаторов может служить схематически изображенный на рис. 2 однофазовый трансформатор так именуемого стержневого типа. У него первичные и вторичные катушки c1 и с2 размещены на стальных стержнях а — а, соединенных с торцов стальными же накладками b — b, именуемыми ярмами. Таким макаром два стержня а, а и два ярма b, b образуют замкнутое стальное кольцо, в каком и проходит магнитный поток, сцепляющийся с первичной и вторичной обмотками. Это стальное кольцо именуется сердечником трансформатора.

Рис. 2.

Вторым примером выполнения трансформаторов может служить схематически изображенный на рис. 3 однофазовый трансформатор так именуемого броневого типа. У этого трансформатора первичные и вторичные обмотки с, состоящие любая из ряда плоских катушек, размещены на сердечнике образуемом 2-мя стержнями 2-ух стальных колец а и б. Кольца а и б, окружая обмотки, покрывают их практически полностью вроде бы бронею, потому описываемый трансформатор и именуется броневым. Магнитный поток, проходящий снутри обмоток с, разбивается на две равные части, замыкающиеся каждое в собственном металлическом кольце.

Рис. 3

Применением стальных замкнутых магнитных цепей у трансформаторов достигают значимого понижения потока рассеяния. У таких трансформаторов потоки, сцепляющиеся с первичною и вторичною обмотками, практически равны друг дружке. Предполагая, что первичная и вторичная обмотки пронизываются одним и этим же магнитным потоком, мы можем на основании общего закола индукции для моментальных значений электродвижущих сил обмоток написать выражения:

В этих .выражениях w1 и w2 — числа витков первичной и вторичной обмоток, a dФt — величина конфигурации пронизывающего катушки магнитного потока за элемент времени dt, как следует есть скорость конфигурации магнитного потока. Из последних выражений можно получить последующее отношение:

e1 / e2 = w1 / w2

т. е. индиктируемые в первичной, и вторичной катушках / и // секундные электродвижущие силы относятся друг к другу так же, как числа витков катушек. Последнее заключение справедливо не только лишь по отношению к моментальным значениям электродвижущих сил, да и к их большим и действующим значениям.

Электродвижущая сила, индуктируемая в первичной, катушке, будучи электродвижущей силой самоиндукции, практически полностью уравновешивает приложенное к той же катушке напряжение. Если через E1 и U1 обозначить действующие значения электродвижущей силы первичной катушки и приложенного к ней напряжения, то можно написать:

Е1 = U1

Электродвижущая сила, индуктируемая во вторичной катушке, равна в рассматриваемом случае напряжению на концах этой катушки.

Если, аналогично предшествующему, через E2 и U2 обозначить действующие значения электродвижущей силы вторичной катушки и напряжения на ее концах, то можно написать:

Е2 = U2

Как следует, приложив к одной катушке трансформатора некое напряжение, можно на концах другой катушки получить хоть какое напряжение, стоит только взять подходящее отношение меж числами витков этих катушек. В этом и заключается основное свойство трансформатора.

Отношение числа витковпервичной обмотки к числу витков вторичной обмотки именуется коэффициентом трансформации трансформатора. Коэффициент трансформации мы будем обозначать kт.

Как следует можно написать:

Е1/Е2 = U1/U2 = w1/w2 = kт

Трансформатор, у которого коэффициент трансформации меньше единицы, именуется повышающим трансформатором, ибо у него напряжение вторичной обмотки, либо так называемое вторичное напряжение, больше напряжения первичной обмотки, либо так именуемого первичного напряжения. Трансформатор, у которого коэффициент трансформации больше единицы, именуется понижающим трансформатором, ибо у него вторичное напряжение меньше первичного.

 

Работа однофазового трансформатора под нагрузкою

При холостой работе трансформатора магнитный поток создается током первичной обмотки либо, точнее, магнитодвижущей силой первичной обмотки. Потому что магнитная цепь трансформатора производится из железа и поэтому имеет маленькое магнитное сопротивление, а число витков первичной обмотки берется обычно огромным, то ток холостой работы трансформатора невелик, он составляет 5—10% обычного.

Если замкнуть вторичную обмотку на какое-либо сопротивление, то с возникновением тока во вторичной обмотке появится и магнитодвижущая сила этой обмотки.

Согласно закону Ленца магнитодвижущая сила вторичной обмотки действует против магнитодвижущей силы первичной обмотки

Казалось бы, что магнитный поток в данном случае должен уменьшаться, но если к первичной обмотке подведено неизменное по величине напряжение, то уменьшения магнитного потока практически не произойдет.

По правде, электродвижущая сила, индуктируемая в первичной обмотке, при нагрузке трансформатора практически равна приложенному напряжению. Эта электродвижущая сила пропорциональна магнитному сгустку. Как следует, если первичное напряжение повсевременно по величине, то и электродвижущая сила при нагрузке должна остаться практически той же, какой она была при холостой работе трансформатора. Это событие имеет следствием практически полное всепостоянство магнитного потока при хоть какой нагрузке.

Итак, при неизменном по величине первичном напряжении магнитный поток трансформатора практически не изменяется с конфигурацией нагрузки и может быть принят равным магнитному сгустку при холостой работе.

Магнитный поток трансформатора может сохранить свою величину при нагрузке только поэтому, что с возникновением тока во вторичной обмотке возрастает и ток в первичной обмотке и при том так, что разность магнитодвижущих сил либо ампервитков первичной и вторичной обмоток остается практически равной магнитодвижущей силе либо ампервиткам при холостой работе. Таким макаром возникновение во вторичной обмотке размагничивающей магнитодвижущей силы либо ампервитков сопровождается автоматическим повышением магнитодвижущей силы первичной обмотки.

Потому что для сотворения магнитного потока трансформатора требуется, как было обозначено выше, маленькая магнитодвижущая сила, то можно сказать, что повышение вторичной магнитодвижущей силы сопровождается практически таким же по величине повышением первичной магнитодвижущей силы.

Как следует, можно написать: I2w2 = I1w1

Из этого равенства выходит 2-ая основная черта трансформатора, а конкретно, отношение: I1/I2 = w2/w1 = 1/kт, где kт — коэффициент трансформации.

Таким макаром, отношение токов первичной и вторичной обмоток трансформатора равно единице, деленной на его коэффициент трансформации.

Итак, главные свойства трансформатора заключаются в отношениях Е1/Е2 = w1/w2 = kт и  I1/I2 = w2/w1 = 1/kт

Если перемножить левые части отношений меж собой и правые части меж собой, то получим I1E1/I2E2 = 1 и I1E1 = I2E2

Последнее равенство дает третью характеристику трансформатора, которую можно выразить словами так: отдаваемая вторичной обмоткой трансформатора мощность в вольт-амперах, практически равна мощности, подводимой к первичной обмотке также в вольт-амперах.

Если пренебречь энергопотерями в меди обмоток и в железе сердечника трансформатора, то можно сказать, что вся мощность, подводимая к первичной обмотке трансформатора от источника энергии, передается вторичной обмотке его, при этом передатчиком служит магнитный поток.

elektrica.info

Принцип действия и устройство однофазного трансформатора

Работа однофазного трансформатора вхолостую

Трансформаторами
в электротехнике называют такие электротехнические устройства, в
которых электрическая энергия переменного тока от одной неподвижной
катушки из проводника передается другой неподвижной же катушке из
проводника, не связанной с первой электрически.

Звеном,
передающим энергию от одной катушки другой, является магнитный поток,
сцепляющийся с обеими катушками и непрерывно меняющийся по величине и по
направлению.

Рис. 1. 

На
рис. 1а изображен простейший трансформатор, состоящий из двух катушек /
и //, расположенных коаксиально одна над другой. К катушке / подводится
переменный ток
от генератора переменного тока Г. Эта катушка называется первичной
катушкой или первичной обмоткой. С катушкою //, называемой вторичной
катушкой или вторичной обмоткой, соединяется цепь приемниками
электрической энергии.

Принцип действия трансформатора

Действие трансформатора заключается в следующем. При прохождении тока в первичной катушке / ею создается магнитное поле,
силовые линии которого пронизывают не только создавшую их катушку, но
частично и вторичную катушку //. Примерная картина распределения силовых
линий, создаваемых первичною катушкою, изображена на рис. 1б.

Как
видно из рисунка, все силовые линии замыкаются вокруг проводников
катушки /, но часть их на рис. 1б силовые линии 1, 2, 3, 4 замыкаются
также вокруг проводников катушки //. Таким образом катушка // является
магнитно связанной с катушкою / при посредстве магнитных силовых линий.

Степень
магнитной связи катушек / и //, при коаксиальном расположении их,
зависит от расстояния между ними: чем дальше катушки друг от друга, тем
меньше магнитная связь между ними, ибо тем меньше силовых линий катушки /
сцепляется с катушкою //.

Так
как через катушку / проходит, как мы предполагаем, переменный ток, т.
е. ток, меняющийся во времени по какому-то закону, например по закону
синуса, то и магнитное поле, им создаваемое, также будет меняться во
времени по тому же закону.

Например,
когда ток в катушке / проходит через наибольшее значение, то и
магнитный поток, им создаваемый, также проходит через наибольшее
значение; когда ток в катушке / проходит через нуль, меняя свое
направление, то и магнитный поток проходит через нуль, также меняя свое
направление.

В
результате изменения тока в катушке / обе катушки / и // пронизываются
магнитным потоком, непрерывно меняющим свою величину и свое направление.
Согласно основному закону электромагнитной индукции при всяком
изменении пронизывающего катушку магнитного потока в катушке
индуктируется переменная электродвижущая сила.
В нашем случае в катушке / индуктируется электродвижущая сила
самоиндукции, а в катушке // индуктируется электродвижущая сила
взаимоиндукции.

Если
концы катушки // соединить с цепью приемников электрической энергии
(см. рис. 1а), то в этой цепи появится ток; следовательно приемники
получат электрическую энергию. В то же время к катушке / от генератора
направится энергия, почти равная энергии, отдаваемой в цепь катушкой //.
Таким образом электрическая энергия от одной катушки будет передаваться
в цепь второй катушки, совершенно не связанной с первой катушкой
гальванически (металлически). Средством передачи энергии в этом случае
является только переменный магнитный поток.

Изображенный
на рис. 1а трансформатор весьма несовершенен, ибо между первичной
катушкой / и вторичной катушкой // магнитная связь невелика.

Магнитная
связь двух обмоток, вообще говоря, оценивается отношением магнитного
потока, сцепляющегося с обеими обмотками, к потоку, создаваемому одной
катушкой.

Из
рис. 1б видно, что только часть силовых линий катушки / замыкается
вокруг катушки //. Другая часть силовых линий (на рис. 1б — линии 6, 7,
8) замыкается только вокруг катушки /. Эти силовые линии в передаче
электрической энергии от первой катушки ко второй совершенно не
участвуют, они образуют так называемое поле рассеяния.

Для
того чтобы увеличить магнитную связь между первичной и вторичной
обмотками и одновременно уменьшить магнитное сопротивление для
прохождения магнитного потока, обмотки технических трансформаторов
располагают на совершенно замкнутых железных сердечниках.

Первым примером выполнения трансформаторов может служить схематически изображенный на рис. 2 однофазный трансформатор так называемого стержневого типа.
У него первичные и вторичные катушки c1 и с2 расположены на железных
стержнях а — а, соединенных с торцов железными же накладками b — b,
называемыми ярмами. Таким образом два стержня а, а и два ярма b, b
образуют замкнутое железное кольцо, в котором и проходит магнитный
поток, сцепляющийся с первичной и вторичной обмотками. Это железное
кольцо называется сердечником трансформатора.

Рис. 2.

Вторым примером выполнения трансформаторов может служить схематически изображенный на рис. 3 однофазный трансформатор так называемого броневого типа. У
этого трансформатора первичные и вторичные обмотки с, состоящие каждая
из ряда плоских катушек, расположены на сердечнике образуемом двумя
стержнями двух железных колец а и б. Кольца а и б, окружая обмотки,
покрывают их почти целиком как бы бронею, поэтому описываемый
трансформатор и называется броневым. Магнитный поток, проходящий внутри
обмоток с, разбивается на две равные части, замыкающиеся каждое в своем
железном кольце.

Рис. 3

Применением
железных замкнутых магнитных цепей у трансформаторов добиваются
значительного снижения потока рассеяния. У таких трансформаторов потоки,
сцепляющиеся с первичною и вторичною обмотками, почти равны друг другу.
Предполагая, что первичная и вторичная обмотки пронизываются одним и
тем же магнитным потоком, мы можем на основании общего закола индукции
для мгновенных значений электродвижущих сил обмоток написать выражения:

В этих .выражениях w1 и w2
— числа витков первичной и вторичной обмоток, a dФt — величина
изменения пронизывающего катушки магнитного потока за элемент времени
dt, следовательно есть скорость изменения магнитного потока. Из
последних выражений можно получить следующее отношение:

e1 / e2 = w1 / w2

т. е. индиктируемые
в первичной, и вторичной катушках / и // мгновенные электродвижущие
силы относятся друг к другу так же, как числа витков катушек. Последнее
заключение справедливо не только по отношению к мгновенным значениям
электродвижущих сил, но и к их наибольшим и действующим значениям.

Электродвижущая
сила, индуктируемая в первичной, катушке, будучи электродвижущей силой
самоиндукции, почти целиком уравновешивает приложенное к той же катушке
напряжение. Если через E1 и U1 обозначить действующие значения электродвижущей силы первичной катушки и приложенного к ней напряжения, то можно написать:

Е1 = U1

Электродвижущая сила, индуктируемая во вторичной катушке, равна в рассматриваемом случае напряжению на концах этой катушки.

Если, аналогично предыдущему, через E2 и U2 обозначить действующие значения электродвижущей силы вторичной катушки и напряжения на ее концах, то можно написать:

Е2 = U2

Следовательно, приложив
к одной катушке трансформатора некоторое напряжение, можно на концах
другой катушки получить любое напряжение, стоит только взять подходящее
отношение между числами витков этих катушек. В этом и заключается основное свойство трансформатора.

Отношение числа витковпервичной обмотки к числу витков вторичной обмотки называется коэффициентом трансформации трансформатора. Коэффициент трансформации мы будем обозначать kт.

Следовательно можно написать:

Е1/Е2 = U1/U2 = w1/w2 = kт

Трансформатор, у которого коэффициент трансформации меньше единицы, называется повышающим трансформатором,
ибо у него напряжение вторичной обмотки, или так называемое вторичное
напряжение, больше напряжения первичной обмотки, или так называемого
первичного напряжения. Трансформатор, у которого коэффициент трансформации больше единицы, называется понижающим трансформатором, ибо у него вторичное напряжение меньше первичного.

Работа однофазного трансформатора под нагрузкою

При холостой работе трансформатора магнитный поток
создается током первичной обмотки или, вернее, магнитодвижущей силой
первичной обмотки. Так как магнитная цепь трансформатора выполняется из
железа и потому имеет небольшое магнитное сопротивление, а число витков
первичной обмотки берется обычно большим, то ток холостой работы
трансформатора невелик, он составляет 5—10% нормального.

Если замкнуть вторичную обмотку на какое-либо
сопротивление, то с появлением тока во вторичной обмотке появится и
магнитодвижущая сила этой обмотки.

Согласно закону Ленца магнитодвижущая сила вторичной обмотки действует против магнитодвижущей силы первичной обмотки

Казалось бы, что магнитный поток в этом случае
должен уменьшаться, но если к первичной обмотке подведено постоянное по
величине напряжение, то уменьшения магнитного потока почти не
произойдет.

В самом деле, электродвижущая сила, индуктируемая в
первичной обмотке, при нагрузке трансформатора почти равна приложенному
напряжению. Эта электродвижущая сила пропорциональна магнитному потоку.
Следовательно, если первичное напряжение постоянно по величине, то и
электродвижущая сила при нагрузке должна остаться почти той же, какой
она была при холостой работе трансформатора. Это обстоятельство имеет
следствием почти полное постоянство магнитного потока при любой
нагрузке.

Итак, при
постоянном по величине первичном напряжении магнитный поток
трансформатора почти не меняется с изменением нагрузки и может быть
принят равным магнитному потоку при холостой работе.

Магнитный поток трансформатора может сохранить свою
величину при нагрузке лишь потому, что с появлением тока во вторичной
обмотке увеличивается и ток в первичной обмотке и при том настолько, что
разность магнитодвижущих сил или ампервитков первичной и вторичной
обмоток остается почти равной магнитодвижущей силе или ампервиткам при
холостой работе. Таким образом появление во вторичной обмотке
размагничивающей магнитодвижущей силы или ампервитков сопровождается
автоматическим увеличением магнитодвижущей силы первичной обмотки.

Так как для создания магнитного потока
трансформатора требуется, как было указано выше, небольшая
магнитодвижущая сила, то можно сказать, что увеличение вторичной
магнитодвижущей силы сопровождается почти таким же по величине
увеличением первичной магнитодвижущей силы.

Следовательно, можно написать: I2w2 = I1w1

Из этого равенства получается вторая основная характеристика трансформатора, а именно, отношение: I1/I2 = w2/w1 = 1/kт, где kт — коэффициент трансформации.

Таким образом, отношение токов первичной и вторичной обмоток трансформатора равно единице, деленной на его коэффициент трансформации.

Итак, основные характеристики трансформатора заключаются в отношениях Е1/Е2 = w1/w2 = kт и  I1/I2 = w2/w1 = 1/kт

Если перемножить левые части отношений между собой и правые части между собой, то получим I1E1/I2E2 = 1 и I1E1 = I2E2

Последнее равенство дает третью характеристику трансформатора, которую можно выразить словами так: отдаваемая
вторичной обмоткой трансформатора мощность в вольт-амперах, почти равна
мощности, подводимой к первичной обмотке также в вольт-амперах.

Если пренебречь потерями энергии в меди обмоток и в
железе сердечника трансформатора, то можно сказать, что вся мощность,
подводимая к первичной обмотке трансформатора от источника энергии,
передается вторичной обмотке его, причем передатчиком служит магнитный
поток. 

источник   http://electricalschool.info

kaknazlo.blogspot.com

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о