Трансформаторы - Общая электротехника и электроника
Трансформаторы - это электрические аппараты, предназначенные для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины.
Трансформатор имеет замкнутый магнитопровод из ферромагнитного материала, на котором расположены две или несколько обмоток, Принципиальная схема трансформатора представлена на рис. 2.23. На рисунке: 1 и 2 первичная и вторичная обмотки трансформатора с числом витков w1 и w2; 3 - магнитопровод.
Рис. 2.23. Принципиальная схема трансформатора
При подключении первичной обмотки к сети переменного тока напряжением U1, по ней потечет ток I1, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф. Этот поток, пронизывая витки вторичной обмотки, индуцирует в ней ЭДС E2.
Пусть к первичной обмотке с числом витков w1 приложено переменное напряжение:
Ему противодействует ЭДС самоиндукции
В соответствии с законом электромагнитной индукции величина e1 также равна:
После совместного решения двух предыдущих уравнений для действующего значения ЭДС первичной обмотки получаем
Данное выражение называют формулой грансформагорной ЭДС, которая устанавливает связь амплитуды магнитного потока ФM, частоты его изменения в магнитопроводе и числа витков обмотки с величиной индуцированной в ней ЭДС.
Так как первичная и вторичная обмотки трансформатора (рис. 2.23) пронизываются одним и тем же потоком Ф, то по аналогии можем записать:
Отношение Е1 к Е2 называется коэффициентом трансформации
Это один из основных параметров трансформатора.
Потери энергии в трансформаторе.
Рис. 2.24. Кривая перемагничивания ферромагнетика
Другим важным параметром трансформатора является мощность Р2, которую он способен передать потребителям, подключенным к его вторичной обмотке. Очевидно, что мощность Р1, потребляемая из сети первичной обмоткой трансформатора, будет больше Р2 на величину потерь в самом трансформаторе ДР.
Где ДРСт - мощность потерь в стали (магнитопроводе) трансформатора;
ДРМ - мощность потерь в меди (проводах обмоток).
В свою очередь потери в стали разделяют на два вида:
Где ДРГ - потери на гистерезис;
ДРВ - потери на вихревые токи.
Потери на гистерезис пропорциональны площади (заштрихована) петли гистерезиса (см. рис. 2.24) и частоте перемагничивапия магнитонровола. На рис. 2.24: ВM - амплитуда магнитной индукции; НM - амплитуда напряженности магнитного поля (); - магнитная проницаемость вакуума; - относительная магнитная проницаемость; ВГ - остаточная индукция.
Для снижения потерь на гистерезис магнитопроводы трансформаторов выполняют из магнитомягких материалов, имеющих узкую петлю гистерезиса и малые значения остаточной индукции ВГ при максимальной величине относительной магнитной проницаемости (электротехнические стали, железоникелевые сплавы, ферриты и др.).
Вихревые токи появляются в электропроводящих материалах (металлах, сплавах, электролитах и т. п.), помещенных в изменяющееся магнитное поле. Они индуцируются в контурах, плоскости которых перпендикулярны силовым линиям магнитного поля (см. рис. 2.25,а).
А) б)
Рис. 2.25. Вихревые токи в магнитопроводе трансформатора
Величина наведенных вихревых токов, замыкающихся по периметру сечения магнитопровода, прямо пропорциональна величине наведенной в контуре ЭДС и обратно пропорциональна удельному электрическому сопротивлению материала магнитопровода.
Вихревые токи, во-первых, создают свое магнитное поле, ослабляющее основное поле; во-вторых, нагревая сердечник, бесполезно расходуют энергию, снижая КПД трансформатора.
Для уменьшения вихревых токов применяют.
- - магнитопроводы из электротехнической стали и примесью кремния с увеличенным удельным электрическим сопротивлением; - магнитопроводы выполняют шихтованными, т. е. из отдельных изолированных друг от друга листов стали толщиной 0,5 мм и менее (рис. 2.25,б).
Режимы работы трансформатора
Для исследования режимов работы трансформатора, расчета сетей целесообразно магнитную связь между первичным и вторичным контурами заменить электрической связью. На рис. 2.26 представлена Т-образная схема замещения трансформатора.
На схеме: X1 ,X2 ,R1 ,R2 - индуктивные и активные сопротивления первичной и вторичной обмоток; ZH - сопротивление нагрузки; X0 - индуктивное сопротивление, обусловленное основным магнитным потоком трансформатора; R0 - активное сопротивление, обусловленное магнитными потерями мощности в магнитопроводе трансформатора; Rг2=R2 n2, Xг2 =X2 n2, Iг2 =I2 /n, Uг2 = U2 n - приведенные параметры вторичной обмотки трансформатора.
Рис. 2.26
При опыте холостого хода U1 =U1H , вторичная обмотка при этом разомкнута, в результате I20 =0, в то время как процентное отношение тока холостого хода в первичной цепи
I10*= I10 /I1H = (4 ч10)%
Активная мощность, потребляемая трансформатором P0 затрачивается на потери мощности в магнитопроводе PM
Рассчитываем: коэффициент трансформации
N = U1 / U2
Параметры схемы замещения
R0 = P0 / I10H 2
Z0 = U1H / I10H
Cosц0H = P0 / (I10HU1H)
При расчете предполагается, что потери в первичной обмотке невелики.
При опыте короткого замыкания вторичная обмотка замкнута накоротко, а первичная включается на пониженное напряжение U1k, при котором в обмотках трансформатора протекают номинальные токи I1H и I2H здесь U2=0 и Z'H = 0.
В этом случае вся мощность PK ,потребляемая трансформатором, идет на нагрев его обмоток т. е. равна электрическим потерям Pэ в проводах обмоток.
Параметры упрощенной схемы замещения (рис 2.27):
Рис. 2.27
Напряжение короткого замыкания выражается обычно в процентах
КПД трансформатора - отношение полезной активной мощности P2 ко всей активной мощности, поступающей из сети P1.
,
Где
SH - полная мощность трансформатора
- коэффициент нагрузки
- коэффициент мощности потребителя электроэнергии.
ДPM = P0 ; ДPэ = RKI22 = RKIН2 в2 = в2 PK
КПД максимален при
Обмотки трехфазных трансформаторов могут соединяться звездой и треугольником. При симметричной нагрузке электромагнитные процессы в каждой фазе трехфазного трансформатора одинаковы, поэтому полученные ранее формулы для однофазного трансформатора могут быть применимы к трехфазным. Однако необходимо использовать фазные токи, напряжения и мощности.
Для трехфазного трансформатора активная мощность, потребляемая симметричной нагрузкой, равна:
Где РФ2 - мощность, потребляемая нагрузкой каждой фазы.
Для схемы соединения "звезда":
IФ2=I2; UФ2 = ,
Где I2 и U2 - линейный ток и линейное напряжение.
Для схемы соединения "треугольник*':
IФ2 = ; UФ2=U2.
Следовательно, независимо от схемы соединения:
Умножая на 3, получают:
Где
При I2=I2Н; U2=U2Н номинальную мощность трехфазного трансформатора определяют так:
Ее можно выразить через I2Н и U2Н:
Похожие статьи
-
Элементы промышленной электроники - Общая электротехника и электроника
Выпрямители . Выпрямитель - это устройство, предназначенное для преобразования переменною напряжения в постоянное. В зависимости oт числа фаз питающего...
-
В соответствии с учебным планом курс "Общая электротехника и электроника" предусматривает чтение лекций (как правило, в ограниченном объеме и только по...
-
Входная и выходная характеристики транзистора с ОЭ несколько отличаются от характеристик транзистора с ОБ. Входной характеристикой транзистора,...
-
Анализ электрических цепей Электрические цепи постоянного тока . Электрическая цепь - это совокупность устройств, предназначенных для получения, передачи...
-
(3.15) Где E Н = 400 лк. - норма освещенности; R З = 1,5 - коэффициент запаса, учитывающий запыление светильников иизнос источников света в процессе...
-
Для реальных структур Сопротивление эмиттерного перехода мало (сотни омов), а сопротивление коллекторного перехода составляет сотни килоом. Допустим, в...
-
Мощность трансформатора цеховой подстанции выбирается по формуле: (8) Где SР - расчетная мощность потребителей, SР = 1348.82 кВА; N - Число...
-
РЕМОНТ - Назначение, устройство и ремонт тягового трансформатора ОДЦЭ-5000/25Б электровоза
При выполнении ТО-1 проверяют исправность тягового трансформатора, а также наличие и уровень масла в расширительном баке. В случае его отсутствия подъем...
-
Получение искусственной общей точки - Основные параметры линейных стабилизаторов напряжения
Часто при питании электронных устройств от батарей возникает необходимость получения из одного гальванически изолированного напряжения аккумуляторной...
-
Никола Тесла родился 10 июля 1856 в Смиляне (Хорватия). Окончил Политехнический институт в Граце (1878) и Пражский университет (1880). Работал инженером...
-
Основы электроники - Общая электротехника и электроника
Электронные приборы . Электроника и ее роль в современном, производстве. Принцип действия полупроводникового диода, его характеристики. Понятие о...
-
Расчет трансформатора малой мощности - Расчет вторичного источника электропитания
После расчета фильтра, выпрямителя и определения входных и выходных напряжений и токов трансформатора, обеспечивающих в нагрузке номинальные ток и...
-
Расчет и выбор трансформатора Выбор силового трансформатора производится по расчетным значениям тока I 2ф , напряжению U 2ф , и типовой мощности S Т ....
-
(3.17) Где U2 , U3 , U4 - напряжения вторичных обмоток; I2 , I3 , I4 - токи вторичных обмоток; Первичная мощность трансформатора (3.18) Где - кпд...
-
Трансформаторы тока выбираются: 1) по номинальному напряжению установки, UYcm (44) Где iУ - ударный ток КЗ по расчету; KЭд - кратность...
-
При работе усилителя коэффициент усиления не остается постоянным, а изменяется вследствие следующих дестабилизирующих факторов: - присутствие в схемах...
-
Исходные данные для расчета: 1. напряжение на выходе каскада = 2,5 В; 2. сопротивление нагрузки = 250 Ом; 3. нижняя граничная частота =120 Гц; 4....
-
1. Физическая Т-образная эквивалентная схема На рисунке 5.12 приведена физическая Т-образная эквивалентная схема транзистора с общей базой, где:?...
-
Выбор и расчет выпрямителя и схемы фильтра, Выбор трансформатора, Заключение - Выбор трансформатора
Выберем выпрямитель, выполненный на блоках диодов, т. е. мостах (Рис. 18). Рис. 18. Схема выпрямителя U1 = 220 В U2 = В I2 = А Uпр = 1 В Требования к...
-
Полупроводниковый резистор - это полупроводниковый прибор с двумя выводами, построенный на полупроводнике, равномерно легированном примесями. В...
-
Напряжения питания выходного каскада выбирают из условия Е=Uнm + U, (2.1) Где U равно сумме минимального напряжения на источнике тока Iо (1-2В) и...
-
Трансформатор ОДЦЭ-5000/25Б предназначен для преобразования напряжения контактной сети в напряжение цепей тяговых двигателей и собственных нужд...
-
Полевые транзисторы - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Полевой транзистор - это полупроводниковый прибор, работа которого основана на модуляции сопротивления полупроводника поперечным электрическим полем...
-
Ключевой режим работы транзистора - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
1. Транзисторный ключ с общим эмиттером Наибольшее распространение в цифровой и импульсной технике имеет ключ с общим эмиттером. В схеме - коллекторная...
-
Для целенаправленного изменения свойств полупроводники легируют, т. е. вводят в небольшом количестве атомы примесей, позволяющие управлять типом...
-
"Физические явления при контакте твердых тел" - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
При образовании кристаллической решетки металла внешние валентные электроны оказываются настолько слабо связанными со своими ядрами, что под воздействием...
-
Расчет выпрямителей с емкостным фильтром - Расчет вторичного источника электропитания
Приближенный графоаналитический расчет выпрямителей с емкостной реакцией нагрузки при синусоидальной форме питающего напряжения широко внедрен в практику...
-
Введение - Выбор трансформатора
Усилитель - это активный четырехполюсник (Рис. 1), к входным зажимам которого подводится входной сигнал U1,а к выходным присоединено сопротивление...
-
Схемы ЭСЛ _ эмиттерно-связанной логики - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Цифровые микросхемы эмиттерно-связанной логики имеют более высокое быстродействие, чем схемы ТТЛ (даже ценой большей рассеиваемой мощности), достигшее в...
-
Базовые понятия - Триггеры: общая характеристика
Триггер -- это запоминающий элемент с двумя (или более) устойчивыми состояниями, изменение которых происходит под действием входных сигналов и...
-
Схемы ТТЛ _ транзисторно-транзисторной логики - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Разновидности схем ТТЛ Также широко используются на практике разновидности схем ТТЛ: А) схема ТТЛ с тремя состояниями выхода Схемы базовых ТТЛ нельзя...
-
Схема ДТЛ - диодно-транзисторной логики - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Основная схема ДТЛ приведена на рисунке 2.16,а. Здесь диоды VD1, VD2, VD3 и резистор R1 представляют собой конъюнктор (И), элементы VT, R2, R3 _ инвертор...
-
Общее заключение по тормозным свойствам автомобиля - Конструкция автомобилей
Тормозные свойства автомобиля - совокупность свойств, определяющих максимальное замедление автомобиля при его движении на различных дорогах в тормозном...
-
Катки - наиболее распространенные и простые машины, задействованные в технологии строительства и ремонта дорог. Каток предназначен для послойного...
-
Заземляющие устройства тяговых подстанций. Общие требования - Электрификация участка железной дороги
На каждое находящееся в эксплуатации заземляющее устройство должен быть заведен паспорт, содержащий: Исполнительную схему устройства с привязками к...
-
Крепление грузов, Общие требования к МСК - Технология перевозки морских грузов
МСК - многооборотные средства крепления Средства крепления на специализированных судах (лесовозы, контейнеровозы) должны быть одобренного типа....
-
Расчет общего шума двигателя - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания
Расчет уровня шума проводится графоаналитическим методом для точки, удаленной от двигателя на полметра. Двигатель устанавливается на специальный...
-
В околоземном пространстве развернута сеть искусственных спутников Земли (ИСЗ), равномерно "покрывающих" всю земную поверхность). Орбиты ИСЗ вычисляются...
-
Проектирование блока питания - Выбор трансформатора
Блок питания в общем случае содержит 4 канала: источники Е+ и Е?? для питания выходного каскада и источники U+ и U?? питания ОУ....
-
"Введение, этапы развития электроники" - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Электроника-область науки, техники и производства, охватывающая изучение физических основ, исследование, разработку и принципы использования приборов,...
Трансформаторы - Общая электротехника и электроника