Vienfāzes transformatora darbības princips un ierīce

Vienfāzes bezslodzes transformators

Par transformatoriem elektrotehnikā sauc tādas elektriskās ierīces, kurās maiņstrāvas elektriskā enerģija no vienas fiksētas stieples spoles tiek pārnesta uz citu fiksētu stieples spoli, kas nav elektriski savienota ar pirmo.

Saikne, kas pārraida enerģiju no vienas spoles uz otru, ir magnētiskā plūsma, kas savienojas ar abām spolēm un pastāvīgi mainās pēc lieluma un virziena.

Rīsi. 1.

attēlā. 1a attēlā parādīts vienkāršākais transformators, kas sastāv no diviem tinumiem / un / /, kas ir izvietoti koaksiāli viens virs otra. Uz spoli / piegādāts maiņstrāva no ģeneratora D. Šo tinumu sauc par primāro tinumu vai primāro tinumu. Ar tinumu //, ko sauc par sekundāro tinumu vai sekundāro tinumu, ķēde tiek savienota caur elektroenerģijas uztvērējiem.

Transformatora darbības princips

Transformatora darbība ir šāda. Kad strāva plūst primārajā tinumā / tā tiek izveidota magnētiskais lauks, kuru spēka līnijas iekļūst ne tikai tinumā, kas tās radīja, bet arī daļēji sekundārajā tinumā //. Aptuvenais primārā tinuma radīto spēka līniju sadalījuma attēls ir parādīts attēlā. 1b.

Kā redzams no attēla, visas spēka līnijas ir slēgtas ap spoles vadītājiem /, bet dažas no tām att. 1b, elektrības vadi 1, 2, 3, 4 ir arī aizvērti ap spoles vadiem //. Tādējādi spole // ir magnētiski savienota ar spoli / ar magnētiskā lauka līniju palīdzību.

Spolu /un // magnētiskā savienojuma pakāpe ar to koaksiālo izvietojumu ir atkarīga no attāluma starp tām: jo tālāk spoles atrodas viena no otras, jo mazāka ir magnētiskā savienojuma starp tām, jo ​​mazāka ir spoles spēka līnija. spole /pielipt pie spoles //.

Tā kā spole / iet cauri, kā mēs pieņemam, vienfāzes maiņstrāva, tas ir, strāva, kas laika gaitā mainās pēc kāda likuma, piemēram, pēc sinusa likuma, tad pēc tā paša likuma laika gaitā mainīsies arī tās radītais magnētiskais lauks.

Piemēram, kad strāva spolē / iet caur lielāko vērtību, tad arī tās radītā magnētiskā plūsma iet caur lielāko vērtību; kad strāva spolē / iet caur nulli, mainot tās virzienu, tad arī magnētiskā plūsma iet caur nulli, arī mainot savu virzienu.

Mainot strāvu spolē /, abas spoles / un // iekļūst magnētiskā plūsma, pastāvīgi mainot tās vērtību un virzienu. Saskaņā ar elektromagnētiskās indukcijas pamatlikumu katrai magnētiskās plūsmas maiņai, kas iekļūst spolē, spolē tiek inducēta maiņstrāva. elektromotora spēks… Mūsu gadījumā pašindukcijas elektromotorais spēks tiek inducēts spolē /, bet savstarpējās indukcijas elektromotorais spēks tiek inducēts spolē //.

Ja spoles // gali ir savienoti ar elektriskās enerģijas uztvērēju ķēdi (skat. 1.a att.), tad šajā ķēdē parādīsies strāva; tāpēc uztvērēji saņems elektrību. Tajā pašā laikā enerģija tiks novirzīta uz tinumu /no ģeneratora, gandrīz vienāda ar enerģiju, ko ķēdei dod tinums //. Tādā veidā elektriskā enerģija no vienas spoles tiks pārsūtīta uz otrās spoles ķēdi, kas galvaniski (metāliski) ir pilnīgi nesaistīta ar pirmo spoli.Šajā gadījumā enerģijas pārvades līdzeklis ir tikai mainīga magnētiskā plūsma.

Attēlā parādīts. 1a, transformators ir ļoti nepilnīgs, jo starp primāro tinumu / un sekundāro tinumu // ir maz magnētiskā savienojuma.

Divu spoļu magnētisko savienojumu, vispārīgi runājot, aprēķina pēc magnētiskās plūsmas, kas savienota ar divām spolēm, attiecību pret vienas spoles radīto plūsmu.

att. 1b, redzams, ka tikai daļa no spoles lauka līnijām /ir aizvērta ap spoli //. Otra elektrolīniju daļa (1.b att. — 6., 7., 8. līnijas) ir slēgta tikai ap spoli /. Šīs elektropārvades līnijas vispār nav iesaistītas elektriskās enerģijas pārnešanā no pirmās spoles uz otro, tās veido tā saukto klaiņojošo lauku.

Lai palielinātu magnētisko savienojumu starp primāro un sekundāro tinumu un vienlaikus samazinātu magnētisko pretestību magnētiskās plūsmas pārejai, tehnisko transformatoru tinumi tiek novietoti uz pilnībā slēgtiem dzelzs serdeņiem.

Pirmais transformatoru ieviešanas piemērs shematiski parādīts attēlā. 2 tā sauktā stieņa tipa vienfāzes transformators. Tās primārās un sekundārās spoles c1 un c2 atrodas uz dzelzs stieņiem a — a, kas savienoti galos ar dzelzs plāksnēm b — b, ko sauc par jūgiem. Tādā veidā divi stieņi a, a un divi jūgi b, b veido slēgtu dzelzs gredzenu, kurā iziet ar primāro un sekundāro tinumu bloķētā magnētiskā plūsma. Šo dzelzs gredzenu sauc par transformatora serdi.

Rīsi. 2.

Otrais transformatoru iemiesojums shematiski parādīts attēlā. 3 tā sauktā bruņu tipa vienfāzes transformators. Šajā transformatorā primārie un sekundārie tinumi c, kas katrs sastāv no plakanu tinumu rindas, ir novietoti uz serdes, ko veido divi stieņi no diviem dzelzs gredzeniem a un b. Gredzeni a un b, kas aptver tinumus, gandrīz pilnībā pārklāj tos ar bruņām, tāpēc aprakstītais transformators tiek saukts par bruņu. Magnētiskā plūsma, kas iet iekšā spoles c, ir sadalīta divās vienādās daļās, no kurām katra ir iekļauta savā dzelzs gredzenā.

Rīsi. 3

Izmantojot slēgtās dzelzs magnētiskās ķēdes transformatoros, tiek panākts ievērojams noplūdes strāvas samazinājums. Šādos transformatoros ar primāro un sekundāro tinumu savienotās plūsmas ir gandrīz vienādas viena ar otru. Ja pieņemam, ka primāro un sekundāro tinumu caurdur viena un tā pati magnētiskā plūsma, mēs varam uzrakstīt izteiksmes, pamatojoties uz kopējo inducēto triecienu tinumu elektromotora spēku momentānām vērtībām:

Šajās izteiksmēs w1 un w2 ir primārā un sekundārā tinuma apgriezienu skaits, un dFt ir magnētiskās plūsmas caurlaidīgā tinuma izmaiņu lielums laika elementā dt, tāpēc pastāv magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrums. . No pēdējām izteiksmēm var iegūt šādu attiecību:

t.i. norādīti primārajā un sekundārajā tinumā / un // momentāni elektromotoriskie spēki ir saistīti viens ar otru tāpat kā spoļu apgriezienu skaits. Pēdējais secinājums ir spēkā ne tikai attiecībā uz elektromotora spēku momentānām vērtībām, bet arī attiecībā uz to lielākajām un efektīvākajām vērtībām.

Primārajā tinumā inducētais elektromotora spēks kā pašindukcijas elektromotora spēks gandrīz pilnībā līdzsvaro spriegumu, kas pielikts vienam un tam pašam tinumam... Ja ar E1 un U1 norādāt elektromotora spēka efektīvās vērtības. primārā tinuma un tam pievienotā sprieguma, tad varat rakstīt:

Sekundārajā tinumā inducētais elektromotora spēks aplūkotajā gadījumā ir vienāds ar spriegumu šī tinuma galos.

Ja, tāpat kā iepriekšējā, caur E2 un U2 norādāt sekundārā tinuma elektromotora spēka efektīvās vērtības un spriegumu tā galos, varat rakstīt:

Tāpēc, pieliekot kādu spriegumu vienam transformatora tinumam, jūs varat iegūt jebkuru spriegumu otras spoles galos, jums tikai jāņem piemērota attiecība starp šo spoļu apgriezienu skaitu. Tas ir transformatora galvenais īpašums.

Tiek saukta primārā tinuma apgriezienu skaita attiecība pret sekundārā tinuma apgriezienu skaitu transformatora transformācijas koeficients... Apzīmēsim transformācijas koeficientu kT.

Tāpēc var rakstīt:

Transformatoru, kura transformācijas koeficients ir mazāks par vienu, sauc par pakāpju transformatoru, jo sekundārā tinuma spriegums jeb tā sauktais sekundārais spriegums ir lielāks par primārā tinuma spriegumu jeb tā saukto primāro spriegumu. . Transformatoru, kura transformācijas koeficients ir lielāks par vienu, sauc par pazeminātu transformatoru, jo tā sekundārais spriegums ir mazāks par primāro.

Vienfāzes transformatora darbība zem slodzes

Transformatora tukšgaitas laikā magnētisko plūsmu rada primārā tinuma strāva vai drīzāk primārā tinuma magnetomotīves spēks. Tā kā transformatora magnētiskā ķēde ir izgatavota no dzelzs un tāpēc tai ir zema magnētiskā pretestība, un primārā tinuma apgriezienu skaits parasti tiek pieņemts par lielu, transformatora tukšgaitas strāva ir maza, tā ir 5- 10% no normas.

Ja aizverat sekundāro spoli līdz zināmai pretestībai, tad, parādoties strāvai sekundārajā spolē, parādīsies arī šīs spoles magnetomotīves spēks.

Saskaņā ar Lenca likumu sekundārās spoles magnetomotīves spēks darbojas pretēji primārās spoles magnetomotīves spēkam.

Šķiet, ka magnētiskajai plūsmai šajā gadījumā vajadzētu samazināties, bet, ja primārajam tinumam tiek pielikts pastāvīgs spriegums, tad magnētiskā plūsma gandrīz nemazināsies.

Faktiski elektromotora spēks, kas tiek inducēts primārajā tinumā, kad transformators ir noslogots, ir gandrīz vienāds ar pielietoto spriegumu. Šis elektromotora spēks ir proporcionāls magnētiskajai plūsmai.Tāpēc, ja primārais spriegums ir nemainīgs, tad elektromotora spēkam zem slodzes jāpaliek gandrīz tādam pašam, kāds tas bija transformatora tukšgaitas darbības laikā. Šis apstāklis ​​noved pie gandrīz pilnīgas magnētiskās plūsmas noturības pie jebkuras slodzes.

Tādējādi pie nemainīgas primārā sprieguma vērtības transformatora magnētiskā plūsma gandrīz nemainās, mainoties slodzei, un var pieņemt, ka tā ir vienāda ar magnētisko plūsmu tukšgaitas režīmā.

Transformatora magnētiskā plūsma var saglabāt savu vērtību zem slodzes tikai tāpēc, ka, parādoties strāvai sekundārajā tinumā, palielinās arī strāva primārajā tinumā tiktāl, ka atšķirība starp primārā un sekundārā tinuma magnetomotīves spēkiem vai ampēru pagriezieniem. tinumi paliek gandrīz vienādi ar magnetomotīves spēku vai ampēru apgriezieniem tukšgaitā ... Tādējādi demagnetizējoša magnetomotīves spēka vai ampēru pagriezienu parādīšanās sekundārajā tinumā tiek papildināta ar automātisku primārā tinuma magnetomotīves spēka palielināšanos.

Tā kā, kā minēts iepriekš, transformatora magnētiskās plūsmas izveidošanai ir nepieciešams neliels magnetomotīves spēks, var teikt, ka sekundārā magnetomotīves spēka palielināšanās ir saistīta ar primārā magnetomotīves spēka palielināšanos, kas ir gandrīz vienāda.

Tāpēc var rakstīt:

No šīs vienlīdzības tiek iegūta transformatora otrā galvenā īpašība, proti, attiecība:

kur kt ir transformācijas koeficients.

Tāpēc transformatora primāro un sekundāro tinumu strāvu attiecība ir vienāda ar vienu, kas dalīta ar transformācijas koeficientu.

Tātad, transformatora galvenās īpašības ir attiecības

un

Ja mēs reizinām attiecību kreisās puses vienu ar otru un labās puses vienu ar otru, mēs iegūstam

un

Pēdējā vienādība dod trešo transformatora raksturlielumu, ko var izteikt šādi: transformatora sekundārā tinuma piegādātā jauda volt-ampēros ir gandrīz vienāda ar jaudu, kas tiek piegādāta primārajam tinumam arī volt-ampēros. .

Ja mēs ignorējam enerģijas zudumus tinumu vara un transformatora serdes dzelzs, tad mēs varam teikt, ka visa jauda, ​​kas tiek piegādāta transformatora primārajam tinumam no strāvas avota, tiek pārnesta uz tā sekundāro tinumu, un raidītājs ir magnētiskā plūsma.