Тема 4 Трансформаторы

Трансформатором называют электромагнитное статическое устройство, служащее для преобразования (трансформации) переменных напряжений и токов одних вели­чин в другие при неизменной частоте.

Конструктивно трансформатор состоит из обмоток и сердеч­ника (магнитопровода), на котором располагаются обмотки. Обмотки называются первичными и вторичными. Об­мотки электрически не связаны.

Первичная обмотка трансформатора подключается к источнику электрической энергии перемен­ного тока, а вторичная — к приемнику электрической энергии (нагрузке трансформатора Z_H). Действие трансформатора основано на явлении электромагнит­ной индукции.

Трансформатор называется понижающим, если число витков на вторичной обмотке w₂ меньше, чем число витков на первичной об­мотке w₁. В понижающем трансформаторе напряжение вторичной обмотки U₂ меньше чем напряжение первичной обмотки U₁.

Трансформатор называется повышающим, если число витков на вторичной обмотке w₂ больше, чем число витков на первичной об­мотке w₁. В повышающем трансформаторе напряжение вторичной обмотки U₂ больше чем напряжение первичной обмотки U₁.

В повышающем трансформаторе увеличение напряжения во вторичной обмотке происходит за счет уменьше­ния силы тока в ней, а в понижающем трансформаторе уменьше­ние напряжения происходит за счет увеличения силы тока вторич­ной обмотки.

Отношение напряжения на зажимах первичной обмотки к напряжению на вторичной об­мотке называется коэффициентом трансформации К:

К = U₁ / U₂ = w₁ / w₂.

Различают три режима работы трансформатора:

холостого хода, когда вторичная обмотка разомкнута и ток I₂= 0;

короткого замыкания, когда вторичная обмотка замкнута накоротко и U₂=0. Режим КЗ является аварийным, так как токи в обмотках будут во много раз больше номинальных;

рабочий режим под нагрузкой.

Коэффициент полезного действия трансфор­матора (к. п. д.) - это отношение отдаваемой актив­ной мощности к потребляемой:

η=(P₂ /P₁)· 100%,

где Р₁– мощность первичной обмотки, Р₂ - мощ­ность вторичной обмотки. Преобразование электричес­кой энергии в трансформаторе сопровождается по­терями.

При этом к.п.д. трансформатора может быть представлен в следую­щем виде:

η=(P₂ / (P₂+Р_ст+Р_обм))· 100%,

где Р_ст - потери в стали (в сердечнике), Р_обм - поте­ри в обмотках (в меди). Потери в стали и потери в обмотках измеряют в опытах холостого хода и коротко­го замыкания соответственно.

Опыт холостого хода трансформатора проводится при номинальном первичном напряжении и разомкнутой вторичной обмотке, в этом опыте определяются потери мощности в стали Р_СТ=Р_Х.

Опыт короткого замыкания проводится при пониженном первичном напряжении, при котором токи трансформатора равны номинальным, и замкнутой накоротко вторичной обмотке, в этом опыте определяются потери мощности в обмотках при номинальных токах Р_ОБМ = Р_К.

Номинальными параметрами трансформатора называют параметры, указанные заводом-изготовителем. В частности, приводятся номиналь­ные напряжения обмоток U_1ном, U_2ном; номинальная полная мощность S_ном.

Условное обозначение транс­форматора показано на рис.