Лекция
Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про режимы работы трансформатора, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое режимы работы трансформатора, схема замещения трансформатора , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Источники питания радиоэлектронной аппаратуры.
Возьмем трансформатор с двумя обмотками: первичной — W1 для подключения к сети и вторичной — W2 для подключения нагрузки. Его упрощенное устройство и условно-графическое обозначение на схемах показано на рисунке 1.
Рисунок 1 Условно-графическое обозначение трансформатора
Возможны три режима работы трансформатора: режим холостого хода (ХХ), рабочий режим (номинальный) и режим короткого замыкания (КЗ). Рассмотрим работу трансформатора в этих режимах.
Режим холостого хода. В этом режиме сопротивление нагрузки равно бесконечности, в результате чего трансформатор эквивалентен обычной катушке индуктивности с ферромагнитным сердечником. В режиме холостого хода трансформатор можно представить схемой замещения, приведенной рисунке 2.
схема замещения трансформатора для режима холостого хода" src="/th/25/blogs/id805/1_55164e054062075229919c4a4e27d38d.jpg" title="Эквивалентная схема трансформатора для режима холостого хода" />
Рисунок 2 Схема замещения трансформатора для режима холостого хода (а — последовательная, б — параллельная)
В эквивалентной схеме трансформатора, приведенной на рисунке 2:
r1 — активное сопротивление первичной обмотки
LS1 — индуктивность, характеризующая поток рассеяния первичной обмотки
r0 — сопротивление активных потерь в магнитопроводе
L0 — основная индуктивность первичной обмотки
(1)
Iμ – ток, создающий основной магнитный поток (ток намагничивания)
Ia – ток активных потерь в сердечнике
I10 = Ia + Iμ — ток холостого хода трансформатора.
Параллельная эквивалентная схема трансформатора удобна для построения векторной диаграммы напряжений и токов для реальной катушки индуктивности. Векторная диаграмма приведена на рисунке 3.
Рисунок 3 Векторная диаграмма напряжений и токов трансформатора в режиме холостого хода
При этом вектор ЭДС индуцированный в обмотке W2 (напряжение во вторичной обмотке) совпадает по фазе с eL, а напряжение U1является суммой
;
(2)
Потери на омическом сопротивлении обмотки малы, поскольку ток холостого хода много меньше номинального и угол сдвига между током и напряжением (I10 и U1) определяется потерями в магнитопроводе. Из опыта холостого хода и находят угол потерь δ и рассчитывают потери в сердечнике.
Трансформатор является обращаемым устройством (первичную и вторичную обмотки можно поменять местами!), поэтому для каждой из обмоток записываем основную формулу трансформаторной ЭДС.
(3)
(4)
(5)
В режиме холостого хода трансформатора как раз и определяют его коэффициент трансформации.
Рабочий режим (нагруженный или номинальный). Если к вторичной обмотке W2 подключить нагрузку Rн, то ее напряжениеU2 вызовет ток нагрузки I2, как это показано на рисунке 1б. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Токи I1 и I2 ориентированы различно относительно магнитного потока Ф0. Ток I1 создает поток Ф1, а ток I2 создает поток Ф2 и стремится уменьшить поток Ф1. Иначе говоря, в магнитопроводе появляются магнитные потоки Ф1 и Ф2, которые на основании закона Ленца направлены встречно и их алгебраическая сумма дает:Ф1 + Ф2 = Ф0 — магнитный поток холостого хода трансформатора.
Отсюда можно записать уравнение намагничивающих сил (закон полного тока):
(6)
Видно, что изменение тока I2 обязательно приведет к изменению тока I1. Нагрузка образует второй контур, в котором ЭДС вторичной обмотки е2 является источником энергии. При этом, справедливы уравнения:
(7)
(8)
где r2 — омическое сопротивление вторичной обмотки
х2 — сопротивление индуктивности рассеяния вторичной обмотки.
По закону Киргофа сумма токов (6) может быть обеспечена параллельным соединением электрических цепей, поэтому в рабочем режиме трансформатор можно представить эквивалентной схемой, приведенной на рисунке 4.
Рисунок 4 Схема замещения трансформатора в рабочем режиме
Эквивалентная схема трансформатора в рабочем режиме, приведенная на рисунке 4 называется Т-образной схемой замещения или приведенным трансформатором. Приведение вторичной обмотки к первичной выполняется при условии равенства полных мощностей вторичных обмоток , или
. Из этого равенства можно получить формулы пересчета в первичную обмотку напряжений и токов вторичной обмотки и из них получить приведенные значения сопротивлений нагрузки, вторичной обмотки и индуктивности рассеивания.
Токи и напряжения приводятся через коэффициент трансформации, а сопротивления — через квадрат коэффициента трансформации. Можно пересчитать вторичную цепь в первичную или наоборот.
Представление трансформатора в виде эквивалентной схемы позволяет методами теории цепей рассчитать любую, сколь угодно сложную схему с трансформаторами.
Режим короткого замыкания (КЗ). Этот режим в условиях эксплуатации является аварийным. Он сознательно применяется только для экспериментального определения параметров трансформатора (индуктивности рассеивания). Измерения проводят в следующей последовательности. Входное напряжение устанавливают равным нулю. Замыкают выходные клеммы (U2 = 0). Плавно поднимают входное напряжение (U1) до тех пор, пока в обмотках не установятся номинальные токи. Величина U1 = UКЗ называется напряжением короткого замыкания, является паспортной величиной трансформатора и обычно составляет 5...10% от номинального напряжения U1ном. При этом, ток холостого хода I10 весьма мал по сравнению с номинальным и им можно пренебречь (считать равным нулю). Тогда эквивалентная схема трансформатора в режиме КЗ принимает вид, показанный на рисунке 5.
Ток холостого хода мы приняли равным нулю I10= 0, поэтому в эквивалентной схеме трансформатора параллельная цепь L0r0отсутствует. Входное сопротивление трансформатора полностью определяются индуктивностью рассеивания первичной и вторичной обмоток, а также их омическим сопротивлением:
(14)
Результирующее сопротивление — это сопротивление короткого замыкания трансформатора. Зная полное сопротивление короткого замыкания:
можно найти коэффициент передачи трансформатора, а в случае малой индуктивности рассеивания потери мощности в обмотках трансформатора.
Намагничивающая сила, создающая магнитный поток в сердечнике в режиме короткого замыкания (измерительный режим) практически равна нулю:
и если I10 = 0, то I1W1 = −I2W2 откуда находим отношение токов, а значит и коэффициент трансформации по току:
(15)
Знак минус в формуле (15) говорит о том, что магнитные потоки Ф1 и Ф2 направлены навстречу друг другу и взаимно компенсируются.
Если у трансформатора есть несколько вторичных обмоток, как показано на условно-графическом изображении трансформатора, приведенном на рисунке 6а, то пересчитанные сопротивления нагрузки на эквивалентной схеме соединяются параллельно и его эквивалентная схема принимает вид, показанный на рисунке 6б.
Рисунок 6 Схема замещения трансформатора с двумя вторичными обмотками
При этом значение импеданса (полного сопротивления) вторичных обмоток Z2 находится как сумма сопротивлений вторичных обмоток и сопротивления их индуктивностей рассеивания:
Комментарии
Оставить комментарий
Источники питания радиоэлектронной аппаратуры
Термины: Источники питания радиоэлектронной аппаратуры