Общие свойства трансформаторов

ТРАНСФОРМАТОРЫ

 

Трансформаторы – это электромагнитные устройства, имеющие от двух и более индуктивно связанных через замкнутый магнитопровод обмоток. Трансформаторы предназначены для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. Для изготовления маг­нитопроводов трансформато­ров применяют ферромагнитные материалы – электротехническую сталь, спецсплавы, ферриты и др.

Вопросы для самопроверки

1. Объясните принцип действия трансформатора. Что такое индуктивность рассеяния?

2. Выполните классификацию трансформаторов.

3. Приведите примеры обозначений трансформаторов на электрических схемах в конструкторской документации.

4. Нарисуйте схему замещения трансформатора. Объясните, что такое индуктивность намагничивания трансформатора?

5. Перечислите и приведите определения основных электрических параметров трансформаторов.

6. Каким образом рассчитываются потери в меди и потери в стали?

7. Объясните работу трансформатора в режиме холостого хода. Нарисуйте векторную диаграмму напряжений и токов в трансформаторе.

8. Выведите формулу для расчета ЭДС в обмотках трансформатора.

9. Объясните работу трансформатора в режиме нагрузки. Нарисуйте векторную диаграмму напряжений и токов в трансформаторе, работающем под нагрузкой.

10. Нарисуйте и объясните тепловую эквивалентную схему трансформатора. Дайте определение теплового сопротивления.

11. Перечислите типы конструкций магнитопроводов трансформаторов. Приведите обоснование применения того или иного типа магнитопровода.

12. Какие магнитные материалы применяют для изготовления магнитопроводов трансформаторов? Сформулируйте требования к параметрам этих материалов.

13. Дайте характеристики проводов, применяемых для изготовления обмоток трансформаторов.

14. Приведите классификацию унифицированных трансформаторов.

15. Расскажите порядок проектирования сетевого трансформатора питания.

16. Как работает статический преобразователь напряжения?

17. Объясните особенности расчета трансформаторов статических преобразователей напряжения.

18. Перечислите особенности работы импульсного трансформатора и объясните порядок его проектирования.

19. Назовите особенности работы трансформатора согласования.

20. Объясните порядок расчета трансформатора согласования.

21. Почему с ростом тока подмагничивания уменьшается магнитная проницаемость материала магнитопровода?

Примеры решения задач

Конструктивные и расчетные размеры кольцевого ленточного

ТРАНСФОРМАТОРЫ

 

Трансформаторы – это электромагнитные устройства, имеющие от двух и более индуктивно связанных через замкнутый магнитопровод обмоток. Трансформаторы предназначены для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. Для изготовления маг­нитопроводов трансформато­ров применяют ферромагнитные материалы – электротехническую сталь, спецсплавы, ферриты и др.

Вопросы для самопроверки

1. Объясните принцип действия трансформатора. Что такое индуктивность рассеяния?

2. Выполните классификацию трансформаторов.

3. Приведите примеры обозначений трансформаторов на электрических схемах в конструкторской документации.

4. Нарисуйте схему замещения трансформатора. Объясните, что такое индуктивность намагничивания трансформатора?

5. Перечислите и приведите определения основных электрических параметров трансформаторов.

6. Каким образом рассчитываются потери в меди и потери в стали?

7. Объясните работу трансформатора в режиме холостого хода. Нарисуйте векторную диаграмму напряжений и токов в трансформаторе.

8. Выведите формулу для расчета ЭДС в обмотках трансформатора.

9. Объясните работу трансформатора в режиме нагрузки. Нарисуйте векторную диаграмму напряжений и токов в трансформаторе, работающем под нагрузкой.

10. Нарисуйте и объясните тепловую эквивалентную схему трансформатора. Дайте определение теплового сопротивления.

11. Перечислите типы конструкций магнитопроводов трансформаторов. Приведите обоснование применения того или иного типа магнитопровода.

12. Какие магнитные материалы применяют для изготовления магнитопроводов трансформаторов? Сформулируйте требования к параметрам этих материалов.

13. Дайте характеристики проводов, применяемых для изготовления обмоток трансформаторов.

14. Приведите классификацию унифицированных трансформаторов.

15. Расскажите порядок проектирования сетевого трансформатора питания.

16. Как работает статический преобразователь напряжения?

17. Объясните особенности расчета трансформаторов статических преобразователей напряжения.

18. Перечислите особенности работы импульсного трансформатора и объясните порядок его проектирования.

19. Назовите особенности работы трансформатора согласования.

20. Объясните порядок расчета трансформатора согласования.

21. Почему с ростом тока подмагничивания уменьшается магнитная проницаемость материала магнитопровода?

Примеры решения задач

Общие свойства трансформаторов

Пример 5.1. Рассчитать индуктивность L ₁ первичной обмотки трансформатора со следующими параметрами:

Число витков N	Начальная магнитная проницаемость материала магнитопровода mн	Площадь поперечного сечения магнитопровода, Sс, см2	Длина магнитной силовой линии l мп, см
		7,2	10,14

Решение.

Значение индуктивности первичной обмотки L ₁ рассчитывается из выражения

, Гн, (5.1)

где N ₁ – число витков первичной обмотки; m_н– начальная магнитная проницаемость материала магнитопровода; S _c – эффек­тив­ная площадь поперечного сечения магнитопровода, см²; l _мп– длина магнитной силовой линии (длины развертки магнитопровода), см.

1. Подставляя исходные данные задачи в формулу (5.1) получаем

Гн.

Ответ. L ₁=4,46Гн.

Пример 5.2. Рассчитать реактивную составляющую тока первичной обмотки трансформатора при следующих исходных данных:

Индуктивность первичной обмотки L 1, Г	Частота питающей сети f, Гц	Напряжение сети, U 1, В

Решение.

Вели­­чина реак­тив­ной со­ставляющей тока первичной об­­мотки опре­де­ляется из закона Ома:

, (5.2)

где X_{L 1}= 2p fL ₁ – реактивное сопротивление первичной обмотки.

1. Рассчитываем реактивное сопротивление первичной обмотки:

X_{L 1}= 6,28×50×5=1570 Ом.

2. По формуле (5.2) определяем реактивную составляющую тока первичной обмотки:

А.

Ответ. =0,14 А.

Пример 5.3. В магнитопроводе трансформатора суммарные удельные магнитные потери на гистерезис p _г и на вихревые токи p _в при частотах 0,4 и 1 кГц состав­ляют соответственно 1 и 3 Вт/кг (при неизменной максимальной инду­к­ции в сердечнике). Рассчитать потери на вихревые токи в маг­ни­то­про­воде на частоте 1 кГц.

Решение.

Удельные суммарные потери за один цикл перемагничивания W складываются из двух составляющих:

W = p _с / f = p _г/ f + p _в/ f =η B _м ⁿ + ζ B _м² f, Вт/Гц∙кг, (5.3)

где η, n и ζ – коэффициенты. зависящие от свойств материала и формы магнитопровода; B _м – максимальная индукция, достигаемая в данном цикле перемагничивания, Тл; f – частота переменного тока, Гц.

Подставляя исходные данные, запишем для двух частот:

η B _м ⁿ + ζ B _м² ∙0,4∙10³=1/(0,4∙10³);

η B _м ⁿ + ζ B _м² ∙10³=3/10³.

Вычитая из одного уравнения другое, получаем ζ B _м² =0,83∙10^-6.

Ответ. p _в= ζ B _м² f ²=0,83∙10^-6∙(10³)²=0,83 Вт/кг.