Трансформаторы. Лекция 10

1. БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова кафедра электротехники, О8

Лекция 10
Трансформаторы
1

2.

Трансформатором называется статическое устройство, содержащее две
или более индуктивно связанных катушек предназначенных для
преобразования посредством электромагнитной индукции одной или
нескольких систем переменного тока в другие системы переменного тока.
Напряжение с помощью трансформатора повышают или понижают до
номинального значения потребителей.
Трансформаторы делятся:
силовые;
однофазные,
трёхфазные;
сварочные;
измерительные – трансформаторы тока и
напряжения;
автотрансформаторы
разделительный трансформатор…
Трансформатор содержит:
Первичную обмотку – куда подводят электрическую энергию;
Вторичную обмотку, к которой подключают потребителей.
2

3.

Принцип действия трансформатора
Электромагнитная схема трансформатора и пример в электрических схемах:
u1 – входное напряжение питания;
w1 – число витков первичной обмотки;
w2 – число витков вторичной обмотки;
u2 – напряжение питания нагрузки;
e1 – ЭДС первичной обмотки;
e2 – ЭДС вторичной обмотки;
Ф0 – основной магнитный поток;
Ф 1, Ф 2 потоки рассеяния;
F1, F2 МДС обмоток w1 и w2;

4.

Принцип действия трансформатора
u1 U 1m sin( t )
i1 I1m sin( t )
Ф 0 Ф1m sin( t )
i2 I 2 m sin( t )
F1 i1w1
Ф 0 Ф1m sin( t )
dФ0
w1 Фm cos( t ) E1m sin( t )
dt
2
dФ0
e 2 w2
w2 Фm cos( t ) E 2 m sin( t )
dt
2
e1 w1
u 2 i2 z н
F2 i2 w2

5.

Действующие значения ЭДС первичной и вторичной обмоток определяется
по формулам:
E1
E1m
E2
E2m
2
2
w1 Фm
2
w2 Фm
2
4,44 w1 fФm ,
4,44 w2 fФm .
Отношение ЭДС первичной обмотки к ЭДС вторичной,
равное отношению чисел витков этих обмоток,
называют коэффициентом трансформации по напряжению
E1 w1
k
E2 w2
Если:
k<1 – трансформатор повышающий;
k>1 – трансформатор понижающий;

6.

Схема замещения трансформатора
Трансформатор с магнитным сердечником представляет собой
совокупность электрической и магнитной цепей.
Для упрощения, трансформатор можно заменить электрической схемой, по
которой можно определить:
I1, I2, P1, P…
Реальный трансформатор заменяют идеализированным трансформатором и
ветвями, учитывающими потери в первичной и вторичной обмотках

7.

Для упрощенного анализа процессов трансформатора магнитно связанные
первичная и вторичная обмотки соединяются электрически. Такую
электрическую схему называют схемой замещения трансформатора
k 1
'
E2
kE2 E1
Участок схемы замещения между точками а и б, по которому проходит ток I0,
называют намагничивающим контуром.
E 2 kE 2
I 2 I 2 k , U 2 kU 2 ,
r '2 k 2 r2
x2' K 2 x2 ,
r 'н k 2 rн ,
x ' н k 2 xн ,
Приведенные параметры вторичной обмотки
к параметрам первичной обмотки

8.

Уравнения равновесия напряжений и токов приведенного трансформатора
в комплексной форме запишем следующим образом:
1
2
U 1 E 1 r1 jx1 I 1 ,
U 2 E 2 r ' 2 jx' 2 I 2
I I ( I ' )
1
0
2
Уравнение равновесия магнитодвижущей силы (МДС): I 1w1 I 2 w2 I10 w1
I1w1 - первичная МДС;
I2w2 - МДС, необходимая для компенсации размагничивающего
действия вторичной обмотки;
I10w0 - МДС, необходимая для создания основного магнитного потока;

9.

Векторная диаграмма трансформатора работающего на резистивную нагрузку
При построении за
начальный вектор
принимается вектор
магнитного потока,
который является
единым для первой и
второй обмоток.
Под некоторым углом
откладывается вектор тока
намагничивания I0
.
U 1 E 1 r1 jx1 I 1 ,
U 2 E 2 r ' 2 jx' 2 I 2
I I ( I ' )
1
0
2
arctg
x' 2
r' 2 r' н

10.

Режимы работы трансформатора
Холостой ход. В режиме холостого хода вторичная обмотка трансформатора
разомкнута z H , I 2 0
Уравнения трансформатора принимают вид
.
I 0 I 10 , U 10 r1 jX 1 I 10 E 1 ,
E 2 U 2
В режиме холостого хода можем считать
U10 E1 4,44 fw1Ф m ce Ф m

11.

Режимы работы трансформатора
Холостой ход.
В режиме холостого хода напряжение на зажимах вторичной обмотки U20 = E2
U1Н=U10
k U10 U 20
коэффициент трансформации
PЭ1 r1 I102 0
мощность потерь в первичной обмотке
P10 PМ
магнитные потери
P10 U10 I10 a U10 I10 sin
2 10
I10 I 0
угол запаздывания
ток холостого хода, ток намагничивания

12.

Режимы работы трансформатора
Холостой ход.
Схема замещения и векторная диаграмма

13.

Режимы работы трансформатора
Короткое замыкание
z н 0, U 2 0
U1к (0,02 0,08)U1н
Уравнения трансформатора в режиме короткого замыкания принимают вид
I 1к I 2' к 0,
U 1к ( r1 jx1 ) I1к E 1к ,
E ' ( r ' jx' ) I ' .
2к
2
2к
2к
Схема эксперимента короткого замыкания

14.

Режимы работы трансформатора
Короткое замыкание
Схема замещения и векторная диаграмма
Мощность, потребляемая трансформатором в режиме короткого
замыкания, равна потерям в обмотках при номинальных токах
P1к r1I12н r2 I 22н .

15.

Номинальный режим работы
U1 U1ном
Зависимости U 2 ( I 2 ), I1 ( I 2 ), cos( 1 ), ( 1 )
называют рабочими характеристиками трансформатора.
cos 1 P1 U1 I 1
P2 P1
P Pм Pэ1 Pэ 2 Pм r1 I12 r2 I 22

16.

Разновидности трансформаторов
Автотрансформатор (ЛАТР)
В автотрансформаторах низковольтная обмотка является частью
высоковольтной обмотки.
Коэффициент трансформации:
к
U1 w1
U 2 w2
Мощность к нагрузке передается и электромагнитным (трансформаторным)
и электрическим способами.

17.

Разновидности трансформаторов
Трансформаторы тока — устройства, применяемые в сильноточной
электротехнике для целей измерений, защиты и безопасности.
Основные параметры трансформаторов тока (ТТ): номинальный первичный
ток (от 1 А до 40 кА); номинальный вторичный ток (1; 2; 2,5; 5 А);
номинальная нагрузка вторичной цепи (2,5; 5; 10; 25; 30; 40; 60; 75; 100 Вт);
класс точности (0,2…10,0).
Трансформатор тока работает в режиме короткого замыкания!

18.

Разновидности трансформаторов
Измерительные трансформаторы напряжения (ТН) служат для
приведения напряжения к стандартному значению (100 В), на которое
рассчитаны вторичные приборы.
Основные параметры трансформаторов напряжения (ТН): рабочую частоту (50
Гц), номинальное напряжение (от 0,38 кВ до 750 кВ), номинальное вторичное
напряжение (100 В); класс точности (0,05…3,0),
Трансформатор напряжения работает в режиме холостого хода!

19.

Схема подключения
Ваттметра (Счетчика электроэнергии)
с помощью трансформаторов тока (ТТ) и напряжения (ТН)

20.

Трёхфазные трансформаторы