ГБОУ СПО КО УОР Выполнил: студент 1 курса Гаевой Богдан
advertisement
ГБОУ СПО КО УОР Трансформатор Реферат по физике Выполнил: студент 1 курса Гаевой Богдан Руководитель: учитаель информатики Фахретдинов Наиль Ринатович г. Калининград 2015 2 ПЛАН ВВЕДЕНИЕ ............................................ Error! Bookmark not defined. Что такое трансформатор? ..................................................................... 4 Принцип действия трансформатора .................................................... 25 Области применения трансформаторов ............................................. 28 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................... Error! Bookmark not defined. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ..................................................................... 30 3 Что такое трансформатор? Трансформатор - устройство, в котором переменный ток одного напряжения преобразовывается в переменный ток другого напряжения. При этом преобразовании напряжений одновременно всегда происходит также преобразование силы тока: если трансформатор повышает напряжение, то сила тока при этом уменьшается. Трансформатор представляет собой стальной сердечник с двумя катушками, имеющими обмотки. Одна из обмоток называется первичной, другая – вторичной. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС во вторичной обмотке. Сила тока во вторичной обмотке, не присоединенной к цепи, потребляющей энергию, равна нулю. Если цепь подсоединена и происходит потребление электроэнергии, то в соответствии с законом сохранения энергии сила тока в первичной обмотке пропорционально возрастает. Таким образом, и происходит преобразование и распределение электрической энергии. Схематическое устройство трансформатора сердечнике (обычно показано на рисунке. На общем из трансформаторной стали) расположены две обмотки. По одной из обмоток I, называемой первичной, под действием переменного напряжения U1 проходит переменный ток I1. Этот ток создает в сердечнике переменный магнитный поток, изменяющийся по своей величине и направлению в соответствии с изменениями тока I1. Переменный магнитный поток пронизывает витки второй обмотки II, 4 называемой вторичной обмоткой, и индуктирует в каждом из ее витков определенную переменную ЭДС. Так как все витки обмотки II соединены последовательно, то отдельные ЭДС каждого витка складываются, а на концах вторичной обмотки получается суммарная ЭДС, также переменная по величине и направлению. Обычно трансформаторы конструируются так, что падение напряжения во вторичной обмотке невелико (порядка 2 - 5%); поэтому с известным допущением можно принять, что на концах вторичной обмотки напряжение U2 равно её ЭДС. Это напряжение U2 будет во столько раз больше (или меньше) напряжения первичной обмотки U1, во сколько раз число витков n2 вторичной обмотки больше или меньше) числа витков n1 первичной. Ток во вторичной обмотке I2 наоборот, будет во столько раз меньше (или больше) тока первичной обмотки I1, во сколько раз число витков n2 вторичной обмотки больше или меньше) числа витков n1 первичной. Отношение числа витков питаемой от сети обмотки к числу витков другой обмотки или одного напряжения (первичного) к другому (вторичному) называется коэффициентом трансформации и обозначается буквой К: Часто коэффициент трансформации выражается соотношением двух чисел, например 1:55, показывающим, что число витков первичной обмотки в 55 раз меньше числа витков вторичной. Устройство трансформаторов Магнитная система. В зависимости от конфигурации магнитной системы, трансформаторы подразделяют на стержневые (рис. 1.3, а), броневые (рис.1.3, б) и тороидальные (рис. 1.3, в). 5 Стержнем называют часть магнитопровода, на которой размещают обмотки (рис. 1.3; 2). Часть магнитопровода, на которой обмотки отсутствуют, называют ярмом (рис. 1.3; 1). Трансформаторы большой и средней мощности обычно выполняют стержневыми. Они имеют лучшие условия охлаждения и меньшую массу, чем броневые. Рис. 1.3 Для уменьшения трансформаторов (рис. потерь 1.3) от вихревых собирают из токов, магнитопроводы изолированных листов электротехнической стали толщиной 0,28-0,5 мм при частоте 50 Гц. Трансформаторы малой мощности и микротрансформаторы часто выполняют броневыми, так как они имеют более низкую стоимость по сравнению со стержневыми трансформаторами из-за меньшего числа катушек и упрощения сборки и изготовления. Применяют также и маломощные трансформаторы стержневого типа с одной или двумя катушками (рис. 1.3; 3). Преимущество тороидальных трансформаторов – отсутствие в магнитной системе (рис. 1.3; 4) воздушных зазоров, что значительно уменьшает магнитное сопротивление магнитопровода. В трансформаторах малой мощности магнитопровод собирают из штамповых пластин П-, Ш- и О- образной формы (рис. 1.4, а, б, в). Широкое применение получили магнитопроводы, навитые из узкой ленты электротехнической стали или из специальных железоникелевых сплавов типа пермаллой. Их можно использовать для стержневых, броневых, тороидальных и трёхфазных трансформаторов (рис 1.4 г, д, е, ж). 6 Рис. 1.4 Монолитность конструкции ленточного магнитопровода обеспечивается путём применения клеющих лаков и эмалей. Для трансформаторов, работающих при частоте 400 и 500 Гц, магнитопроводы выполняют из специальных сортов электротехнической стали с малыми удельными потерями при повышенной частоте, а также из железоникелевых сплавов типа пермаллой, которые имеют большие начальную и максимальную магнитные проницаемости и позволяют получить магнитные поля с большой индукцией при сравнительно слабой напряжённости. Толщина листов составляет 0.2; 0,15; 0.1 и 0.08 мм. При частотах более10-20 кГц магнитопроводы прессуют из порошковых материалов (магнитодиэлектриков и ферритов). Обмотки. В современных трансформаторах первичную (рис. 1.5; 1) и вторичную (рис. 1.5; 3, 4, 5) обмотки стремятся расположить для лучшей магнитной связи как можно ближе одну к другой. При этом на каждом стержне магнитопровода (рис. 1.5; 2) размещают обе обмотки либо концентрически – одну поверх другой (рис. 1.5 а), либо в виде нескольких дисковых катушек, чередующиеся по высоте стержня (рис. 1.5 б). В первом случае обмотки называют концентрическими, во втором – чередующимися. В силовых трансформаторах обычно применяют концентрические обмотки, причём ближе к стержням располагают обмотку НН, требующей меньшей изоляции относительно остова трансформатора, а снаружи – обмотку ВН. В трансформаторах малой мощности и микротрансформаторах используют однослойные и многослойные обмотки из круглого провода с эмалевой или хлопчатобумажной изоляцией, которые наматывают на гильзу 7 или на каркас из электрокартона (рис. 1.5; а); между слоями проводов прокладывают изоляцию из кабельной бумаги или ткани. Рис. 1.5 В микротрансформаторах часто выполняют из алюминиевой фольги толщиной 30-20 мкм. Изоляцией здесь служит окисная плёнка фольги, которая обладает достаточной теплоёмкостью, теплопроводностью и может выдерживать рабочее напряжение до 100 В. Идеализированный трансформатор Для выяснения сущности физических процессов, происходящих в трансформаторе, рассмотрим идеализированный трансформатор, у которого магнитный поток Ф полностью замыкается по стальному магнитопроводу и сцеплен с обеими обмотками, а потери в стали отсутствуют. К первичной обмотке трансформатора напряжение (рис. 1.6, а) подводится синусоидальное , благодаря чему по этой обмотке проходит переменный ток, создающий переменный магнитный поток. Переменный поток наводит в обмотках трансформатора ЭДС ; . В режиме холостого хода цепь вторичной обмотки разомкнута и ток i 2=0. При этом для контура первичной обмотки трансформатора (1.6) 8 , где: u1 – мгновенное значение приложенного к первичной обмотке напряжения. Уравнение (1.6) справедливо, если принять, что не только i 2=0, но и отсутствуют потери в стали магнитопровода (от вихревых токов и гистерезиса); иначе эти потери должны были бы учитываться в виде потерь от тока, проходящего по замкнутой накоротко вторичной обмотке с большим активны сопротивлением. Вводя в формулу (1.6) значение ЭДС , индуцируемой в первичной обмотке переменным магнитным потоком, и пренебрегая падением напряжения в активном сопротивлении первичной обмотки i1R1 изза его малости, получаем (1.7) u1 + e1 = 0, т.е. напряжение, приложенной к первичной обмотке, практически полностью уравновешивается индуцированной в этой обмотке ЭДС. Рис. 1.6 9 Если питающее напряжение u1 – изменяется по синусоидальному закону , то магнитный поток также изменяется синусоидально, отставая по фазе от приложенного напряжения на угол 90°, . Можно показать, что постоянная интегрирования в установившемся режиме С=0. Связь между ЭДС и магнитным потоком определяется из уравнения , и выражается для амплитудного значения ЭДС формулой или для действующего значения формулой (1.8) . Учитывая синусоидальный характер изменения напряжения u1 и ЭДС e1, уравнение (1.7) можно представить в комплексной форме: (1.9) . Уравнение (1.9) справедливо для идеализированного трансформатора, в котором пренебрежимо мало активное сопротивление обмоток и отсутствуют потери в стали магнитопровода. Однако, несмотря на принятые допущения, оно правильно определяет сущность качественных процессов, происходящих в трансформаторе, и поэтому является одним из фундаментальных в теории электрических машин. Количественные ошибки, вызванные идеализацией трансформатора, можно всегда довольно легко подсчитать. 10 Предположив, что насыщение в стали трансформатора отсутствует и весь магнитный поток замыкается по стальному магнитопроводу, можно считать ток первичной обмотки идеализированного трансформатора прямо пропорциональным магнитному потоку. В связи с этим, на векторной диаграмме идеализированного трансформатора в режиме холостого хода (рис 1.6 ,б) ток холостого хода Í10 изображён вектором, совпадающий по направлению с вектором магнитного потока. . На этой же диаграмме векторы ЭДС É1 и напряжения Ú1 показаны в противофазе в соответствии с уравнением (1.9), а вектор магнитного потока опережает вектор ЭДС на 90°. Поскольку магнитный поток не имеет действующего значения, на диаграмме показано его амплитудное значение. Там же показан вектор ЭДС É2 совпадающий по фазе с вектором É1, так как ЭДС É2 индуцируется тем же самым магнитным потоком, что и É1, и может быть определена по формуле (1.10) . При работе под нагрузкой для первичной обмотки идеализированного трансформатора можно написать уравнение , где: Ф1 и Ф2 – потоки, создаваемые токами первичной и вторичной обмоток. Обозначая, как и при холостом ходе, , получаем u1 + e1 = 0, т.е. такое же соотношение, что и при холостом ходе. Очевидно, если первичное напряжение при нагрузке идеализированного трансформатора остаётся неизменным, то величина ЭДС е1 такая же, как и при холостом ходе. 11 Следовательно, результирующий поток при нагрузке равен потоку при холостом ходе: Ф1 + Ф2 = Ф0, или в комплексной форме (1.11) . Неизменность магнитного потока при переходе от режима холостого хода к режиму нагрузки является важнейшем свойством трансформатора. Из этого свойства следует закон равновесия магнитодвижущих сил (МДС) в трансформаторе: (1.12) , где: F1 и F2 – МДС, создаваемые первичной и вторичной обмотками трансформатора при нагрузке; F10 – МДС, создаваемая первичной обмоткой при холостом ходе. При переменном токе оперируют с амплитудами МДС; при этом из (1.12) следует, что (1.13) или . Для наглядности уравнение (1.13) можно представить иначе: (1.14) 12 , где: - нагрузочная составляющая тока первичной обмотки (приведенный ток нагрузки). Таким образом, МДС, создаваемая током I'2 равна по величине и противоположна по фазе МДС вторичной обмотки, т.е. компенсирует МДС вторичной обмотки. Это обуславливает неизменность магнитного потока трансформатора. Векторная диаграмма идеализированного трансформатора, работающего с нагрузкой, показана на (рис. 1.6, в). Мощность нагрузочной составляющей первичного тока равна мощности, отдаваемой трансформатором нагрузке, так как . Следовательно, нагрузочная составляющая тока I1 не только уравновешивает МДС вторичной обмотками, но и обеспечивает поступление в трансформатор из сети мощности, отдаваемой приёмнику электрической энергии, подключённому к вторичной обмотке. Основные закономерности работы идеализированного трансформатора справедливы и для реальных трансформаторов. Намагничивающий ток и ток холостого хода Намагничивающий ток. Величина и форма тока холостого хода определяются магнитным потоком трансформатора и свойствами его магнитной системы. Выше показано, что магнитный поток изменяется во времени синусоидально: , а его амплитуда определяется ЭДС: (1.15) . 13 Так как при холостом ходе ЭДС практически равна напряжению, то значение магнитного потока определяется напряжением первичной обмотки, её числом витков и частотой. Свойства магнитной системы трансформатора описываются в основном магнитной характеристикой, представляющей собой графическое изображение зависимости магнитного потока Ф от МДС трансформатора F или намагничивающего тока Iη, пропорционального МДС. Активная составляющая тока холостого хода. Намагничивающий ток Iη является главной составляющей тока холостого хода трансформатора I10. Этот ток является реактивным, т.е. Iη=I10p. Однако реальный трансформатор в режиме холостого хода потребляет от источника переменного тока некоторую активную мощность, так как при переменном магнитном потоке в стальном магнитопроводе возникают потери энергии от гистерезиса и вихревых токов (магнитные потери ΔPc). Поэтому ток холостого хода I10 должен иметь еще и активную составляющую обеспечивает поступление в первичную , которая обмотку мощности, компенсирующей магнитные потери (электрическими потерями в первичной обмотке в этом режиме можно пренебречь из-за малости тока холостого ход). Следовательно, ток холостого хода (1.16) или . Обычно при выполнении магнитопровода трансформатора из листовой электротехнической стали толщиной 0,28-0,50 мм и частоте 50 Гц активная составляющая тока I10a не превышает 10% от тока I10, поэтому она оказывает весьма малое влияние на значение ток холостого хода (изменяет его не более чем на 1%). Форма кривой тока холостого хода определяется в основном кривой намагничивающего тока. 14 Комплексные уравнения и векторная диаграмма реального трансформатора В реальном трансформаторе помимо основного магнитного потока Ф, замыкающегося по магнитопроводу и сцепленного со всеми обмотками трансформатора, имеются также потоки рассеяния Фσ1 и Фσ2 (рис 1.7), которые сцеплены только с одной из обмоток. Потоки рассеяния не участвуют в передаче энергии, но создают в каждой из обмоток соответствующие ЭДС самоиндукции ; . Рис. 1.7 C учетом ЭДС самоиндукции и падений напряжения в активных сопротивлениях обмоток можно составить комплексные уравнения для первичной и вторичной обмоток трансформатора. С учетом (1.13) получим следующую систему уравнений: (1.17) где: - сопротивление нагрузки, подключенной к трансформатору. 15 Поскольку потоки рассеяния полностью или частично замыкаются по воздуху, они пропорциональны МДС соответствующих обмоток или соответствующим токам: (1.18) ; . Величины X1 и X2 называют индуктивными сопротивлениями обмоток транс-форматора, обусловленными потоками рассеяния. Так как векторы ЭДС Еσ1 и Еσ2отстают от соответствующих потоков и токов на 90°, то (1.19) ; . При этом комплексные уравнения трансформатора примут вид (1.20) ; (1.21) ; (1.22) . Замена ЭДС и падениями напряжений j Í1 X1 и j Í1 X2 наглядно показывает роль потоков рассеяния: они создают индуктивные падения напряжения в обмотках, не участвуя в передаче энергии из одной обмотки в другую. Проще становится и построение векторной диаграммы, соответствующей системе уравнений (1.20) – (1.22), в которой целесообразно также заменить падение напряжения в нагрузке величиной , т.е. вторичным напряжением трансформатора, определяемым из (1.21): 16 (1.23) . Векторную диаграмму вторичной обмотки трансформатора (рис. 1.8, а) строят согласно уравнению (1.23). Характер диаграммы определяется током нагрузки Í2, который принимается заданным по величине и фазе. Иными словами, задаваясь векторами вторичного тока Í2 и напряжения Ú2, можно построить вектор ЭДС (1.24) , если известны параметры трансформатора. Вектор Í2 R2 параллелен вектору тока Í2, a вектор j Í2 X2 опережает вектор тока Í2 на угол 90°. На диаграмме изображен и вектор магнитного потока , который опережает вектор ЭДС É2 на 90°. Векторную диаграмму первичной обмотки трансформатора (рис. 1.8, б) строят в соответствии с уравнением (1.25) . Построение диаграммы начинают с вектора потока , который создается током холостого хода Í10. Этот ток опережает вектор потока угол . Вектор ЭДС É1, как и É2, отстает от потока на на угол 90°. 17 Рис. 1.8 Ток в первичной обмотке трансформатора , поэтому на рис.1.8,б нужно показать и вектор тока Í2, сдвинутый на угол ψ2 относительно вектора É1 (векторы É1и É2 совпадают по направлению). Зная Í2, можно изобразить вектор Í10 и и получить вектор Í1 как сумму векторов . Найдя вектор тока Í1, можно определить значения векторов Í1 R1 и j Í1 X1 и построить искомый вектор напряжения Ú1 как сумму трех составляющих: векторов -É1 и падений напряжений в обмотках Í1 R1 и j Í1 X1. Схема замещения трансформатора Составление схемы замещения. Систему уравнений (1.20) – (1.22), описывающую электромагнитные процессы в трансформаторе, можно свести к одному уравнению, если учесть, что , и положить (1.26) . 18 При этом параметры R0 и X0 следует выбирать так, чтобы в режиме холостого хода, когда ЭДС E1 практически равна номинальному напряжению U1, ток (1.27) по модулю равнялся бы действующему значению тока холостого хода, а мощность – мощности, забираемой трансформатором из сети при холостом ходе. Решим систему уравнений (1.20) – (1.22) относительно первичного тока (1.28) . В соответствии с уравнением (1.28) трансформатор можно заменить электрической схемой, по которой можно определить токи Í1 и Í2, мощность P1, забираемую из сети, мощность ΔP потерь и т.д. Такую электрическую схему называют схемой замещения трансформатора (рис.1.9). Рис. 1.9 Эквивалентное сопротивление этой схемы 19 (1.29) , где: ; ; ; . Схема замещения трансформатора представляет собой сочетание двух схем замещения - первичной и вторичной обмоток, которые соединены между собой в точках а и б. В цепи первичной обмотки включены сопротивления R1 и X1, а в цепи вторичной обмотки – сопротивления R′2 и X′2. Участок схемы замещения между точками а и б, по которому проходит ток I10, называют намагничивающим контуром. На вход схемы замещения подают напряжение Ú1, к выходу ее подключают переменное сопротивление нагрузки , к которому приложено напряжение –Ú′2. Сопротивления (и его составляющие R′2 = R2 n2 и X′2 = X2n2 ), а также называют соответственно сопротивлениями вторичной обмотки и нагрузки, приведенными к первичной обмотке. Аналогично приведенными называют значения ЭДС и тока : E′2 = nE2 ; . Полная мощность приведенного контура вторичной обмотки в схеме замещения равна мощности вторичной обмотки реального трансформатора: I′2 E′2= (I2 /n )E2n = E2I2, а мощность электрических потерь в приведенном вторичном контуре этой схемы равна мощности потерь во вторичной обмотке реального трансформатора: . 20 Относительные падения напряжений в активном и индуктивном сопротивлениях приведенного вторичного контура также остаются неизменными, как и в реальном трансформаторе: ; . Определение параметров схемы замещения Параметры схемы замещения для любого трансформатора можно определить по данным опытов холостого хода (рис. 1.10) и короткого замыкания (рис. 1.12). Опыт холостого хода В опыте холостого хода (рис. 1.10) вторичная обмотка трансформатора разомкнута, а к первичной подводится номинальное напряжение U1н = U10. Рис. 1.10 Схема замещения трансформатора (рис. 1.9) для режима холостого хода (I2=0) примет вид (рис. 1.11). 21 Рис. 1.11 Измерив ток холостого хода I10 и мощность P10, потребляемую трансформатором, согласно схеме замещения (рис. 1.11,а) находим (1.30) где: Zвх х – входное сопротивление трансформатора при опыте холостого хода. Так как ток холостого хода мал по сравнению с номинальным током трансформатора, электрическими потерями ΔPэл1 = I210 R1 пренебрегают и считают, что вся мощность, потребляемая трансформатором, расходуется на компенсацию магнитных потерь в стали магнитопровода. При этом (1.31) , откуда R0 = P10 / I210. 22 Аналогично X0 определяется считают, основным что X1 + X0 ≈ X0, потоком так как трансформатора сопротивление Ф (потоком взаимоиндукции), а X1 – потоком рассеяния ФΔ1, который во много раз меньше Ф. Поэтому с большой степенью точности полагают, что (1.32) Z0 = U10 / I10 ; . Измерив напряжения U10 и U20 первичной и вторичной обмоток, определяют коэффициент трансформации (1.33) n = U10 / U20. Векторная диаграмма трансформатора в режиме холостого хода, построенная исходя из указанных выше допущений, изображена на рис. 1.11, б. В действительности ток Í10 создает в первичной обмотке падения напряжения Í10 R1 и j Í10 X1, поэтому . Соответствующая векторная диаграмма показана на рис. 1.11, в. Опыт короткого замыкания Вторичную обмотку замыкают накоротко сопротивление Zн = 0), а к первичной подводят пониженное напряжение (см. рис.1.12) такого значения, при котором по обмоткам проходит номинальный ток I ном. В мощных силовых трансформаторах напряжение Uк при коротком замыкании обычно составляет 5-15% от номинального. В трансформаторах малой мощности напряжение Uк может достигать 25-50% от Uном. 23 Рис. 1.12 Так как поток, замыкающийся по стальному магнитопроводу, зависит от напряжения приложенного к первичной обмотке трансформатора, а магнитные потери в стали пропорциональны квадрату индукции, т.е. квадрату магнитного потока, то ввиду малости Uк пренебрегают магнитными потерями в стали и током холостого хода. При этом из общей схемы замещения трансформатора исключают сопротивления R0 и X0 и преобразуют ее в схему, показанную на (рис 1.13, а). Параметры этой схемы определяют из следующих соотношений: (1.34) 24 Принцип действия трансформатора Трансформатор преобразует уровни токов и напряжений. Различают силовые и измерительные трансформаторы. Силовой трансформатор предназначен для преобразования электрической энергии одного уровня напряжения и, соответственно, токов в другой. Различают повышающий и понижающий трансформаторы. Повышающий трансформатор необходим для повышения напряжения, а понижающий — для его уменьшения. Можно сказать, что силовой трансформатор необходим для основной, энергетической цели — преобразования уровня напряжения основного потока электрической энергии. Измерительные трансформаторы (трансформаторы тока и напряжения) являются вспомогательными элементами электроустановок и предназначены для снижения токов или напряжений до значений, которые могут быть измерены стандартными трансформаторам электроавтоматики. измерительными подключают также Измерительные приборами. различные реле трансформаторы, К этим защиты кроме и того, электрически (гальванически) отделяют силовые (первичные) цепи от вторичных (измерительных). Благодаря этому существенно повышается безопасность эксплуатации и обслуживания измерительных приборов и реле. Принцип действия трансформатора основан на использовании явления электромагнитной индукции, т. е. на создании ЭДС переменным магнитным полем. В соответствии с законом электромагнитной индукции напряжение (мгновенное значение), созданное током i на обмотке с индуктивностью L, равно - производная (математическое понятие) тока по времени. 25 Можно записать указанное выражение иначе: где Ψ — потокосцепление обмотки. При переменном синусоидальном напряжении для обмотки с ферромагнитным сердечником (рис. 1) справедливо выражение где Bm — амплитуда магнитной индукции в сердечнике (должна быть не более 1,0... 1,5 Тл); U - действующее значение напряжения на обмотке; f — частота напряжения; kф = 1,11 — коэффициент формы синусоидального тока или напряжения; w, F — число витков обмотки и сечение сердечника (магнитопровода), м2. Рис. 1. Принцип действия трансформатора Последнее выражение можно записать иначе: Обычно амплитуда магнитной индукции В = 1 Тл, тогда можно найти так называемое число вольт на один виток обмотки трансформатора: 26 Uуд=U/W=4kфfBmF=222F, В/вит где F измеряется в м2. Если сечение F измеряется в см2, то Uуд =0,0222F(см2), В/вит. Число витков обмотки на напряжение (например) 220 В равно Преобразование уровня напряжения с помощью трансформатора объясняется следующим образом. Пусть имеется магнитопровод с обмотками, имеющими число витков w1 (первичная обмотка) и w2(вторичная обмотка). К первичной обмотке приложено переменное синусоидальное напряжение U1которое создает ток I1, в первичной обмотке и магнитное поле в магнитопроводе с индукцией Вm и, соответственно, магнитный поток Ф в магнитопроводе. Указанный поток создает потокосцепление Ψ2 вторичной обмотки, равное Ψ2 = Фw2, и первичной обмотки — Ψ1, = Фwг Так как потокосцепления обмоток в свою очередь равны то отношение U1/U2 оказывается равным отношению w1/w2. Отношение числа витков обмоток называют коэффициентом трансформации. Коэффициент трансформации равен отношению кт = U1U2. Следует подчеркнуть, что мощности на входе и выходе трансформатора равны (если пренебречь потерями в трансформаторе) S1 = U1I1 ≈S2=U2I2. Таким образом, если пренебречь потерями в трансформаторе, полные мощности (а также активные и реактивные), входящие в трансформатор, равны выходящим мощностям. 27 Потери активной мощности в трансформаторе складываются из потерь в магнитопроводе (на вихревые токи, гистерезис) и в обмотках. Последние обусловлены активными сопротивлениями обмоток. Потери в магнитопроводе называют потерями холостого хода Рх, а в обмотках при прохождении номинальных токов по ним — потерями короткого замыкания Рk. Суммарные потери активной мощности и энергии в трансформаторе относительно невелики и не превышают нескольких (не более двух-пяти) процентов. Области применения трансформаторов Передача электрической энергии большой мощности на большие расстояния технически возможна и экономически целесообразна при малых сечениях проводов линии передачи и малых потерях энергии в них. Сечение проводов и потери мощности в них определяются током, а ток при заданной мощности, как известно, зависит от напряжения: S = UI. Естественно, чем выше напряжение, тем меньше ток, сечение проводов и потери мощности. Напряжение синхронных генераторов электрических станций относительно невелико: 15000 — 24000 В, сечение проводов и потери мощности в проводах линии передачи при этом напряжении были бы слишком велики. Поэтому на электрических станциях с помощью трансформаторов напряжение повышают до 110000 — 750000 В и электроэнергию передают при таком напряжении к местам потребления. Энергия столь высокого напряжения не может быть непосредственно использована подавляющим числом потребителей, поскольку они рассчитаны по технико-экономическим соображениям и условиям безопасности для работы при относительно низком напряжении — порядка 220 — 380-500 В. Следует отметить, что имеется довольно широкая группа потребителей, работающих при 28 напряжении 10 (6) кВ. Поэтому в местах потребления электрической энергии (в конце линии передачи) напряжение понижают до требуемых значений также с помощью трансформаторов. Это — одна из основных областей применения трансформаторов, где без них обойтись невозможно. Трансформаторы широко используются во всякого рода измерительных устройствах, радиоприемниках, телевизорах, осциллографах, для местного освещения и т. п. В этих случаях трансформатор преобразует имеющееся стандартное напряжение электрической сети в напряжение другого значения, которое необходимо для питания отдельных элементов электротехнических устройств. Во многих случаях трансформаторы имеют несколько обмоток. Трансформаторы используются в сварочных и электротермических установках. Трансформаторы широко используются при измерении тока, напряжения и мощности в электрических цепях с большим напряжением или с большими токами. Они называются измерительными. Существует много специальных трансформаторов, работающих во всякого рода автоматических установках, напряжение на их обмотках во многих случаях несинусоидальное. В этой книге рассматриваются трансформаторы, работающие в цепях синусоидального тока. 29 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Интернет источники 1. http://www.baurum.ru/_library/?cat=bases-electrical-engineers&id=3848 2. http://www.induction.ru/library/book_005/8_2.shtml 3. http://www.meanders.ru/silovoytranformator.shtml 30