Вопросы для самоконтроля

1. Для чего предназначен трансформатор?

2. В чём суть явления электромагнитной индукции?

3. Сформулируйте и математически запишите закон электромагнитной индукции.

4. Составьте и опишите конструктивную схему однофазного трансформатора.

5. Опишите принцип действия однофазного трансформатора.

6. Что такое коэффициент трансформации однофазного трансформатора?

7. Как определить коэффициент трансформации однофазного трансформатора опытным путём?

8. Какой однофазный трансформатор называют понижающим?

9. Какой однофазный трансформатор называют повышающим?

10. Перечислите режимы работы однофазного трансформатора.

Задание для самоконтроля

Однофазный трансформатор имеет 2200 витков в первичной обмотке. Эта обмотка предназначена для работы с напряжением 220 В. Необходимо, чтобы напряжение на зажимах вторичной обмотки было 22 В.

1. Определить число витков вторичной обмотки.

Физические явления и процессы в элементах конструкции

При работе однофазного трансформатора в элементах его конструкции наблюдаются следующие физические явления и процессы.

В первичной обмотке:

• явление электрического тока;

• явление электромагнетизма;

• явление электромагнитной индукции (самоиндукции);

• явление теплового действия тока;

• процесс нагрева обмотки.

Во вторичной обмотке:

• явление электромагнитной индукции (взаимной индукции);

• явление электрического тока;

• явление электромагнетизма;

• явление теплового действия тока;

• процесс нагрева обмотки.

В магнитопроводе:

• явление электромагнитной индукции;

• явление вихревых токов;

• явление теплового действия вихревых токов;

• явление гистерезиса;

• явление теплового действия гистерезиса;

• процесс нагрева магнитопровода.

Помимо этого происходит обмен тепловой энергией между элементами конструкции трансформатора и окружающей средой.

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите физические явления, которые наблюдаются в первичной обмотке однофазного трансформатора.

2. Перечислите физические явления, которые наблюдаются во вторичной обмотке однофазного трансформатора.

3. Перечислите физические явления, которые наблюдаются в магнитопроводе однофазного трансформатора.

Энергетическая диаграмма

При работе трансформатор потребляет из сети электрическую энергию одного напряжения, а отдаёт потребителю электрическую энергию другого напряжения. При протекании этого процесса происходят потери энергии в виде тепла в элементах конструкции трансформатора (как показано выше): потери в обмотках, потери в магнитопроводе. Рассмотрим данный процесс преобразования энергии на энергетической диаграмме трансформатора (рис.8.2).

На энергетической диаграмме (рис.8.2) обозначено:

Р ₁ – активная мощность, потребляемая трансформатором, Вт;

Р_эл1 – потери активной мощности в первичной обмотке (в результате теплового действия протекающего в ней тока), Вт;

Р_мг – потери активной мощности в магнитопроводе трансформатора

(в результате теплового действия вихревых токов и гистерезиса), Вт;

для снижения этих потерь магнитопровод выполняют

из листов электротехнической стали с содержанием кремния 4 – 5 %,

толщина листов 0,35 – 0,5 мм при частоте тока 50 Гц,

листы изолируют друг от друга;

Р_эл2 – потери активной мощности во вторичной обмотке (в результате теплового действия протекающего в ней тока), Вт;

Р₂ – активная мощность, отдаваемая трансформатором, Вт.

Сумма потерь активной мощности в трансформаторе равна:

Р_ = Р₁ – Р₂ = Р_эл.1 + Р_мг + Р_эл.2 . (8.3)

Потери в обмотках трансформатора:

, (8.4)

, (8.5)

где r₁, r₂ – активные сопротивления обмоток трансформатора, Ом;

I₁, I₂ – действующие значения сил токов в обмотках трансформатора, А.

Коэффициент полезного действия трансформатора равен:

. (8.6)

Коэффициент мощности трансформатора равен:

, (8.7)

где Р₁ – активная мощность,

потребляемая трансформатором из сети, Вт;

S₁ – полная мощность,

потребляемая трансформатором из сети, ВА.

Пример 8.3

Первичная обмотка однофазного трансформатора включена в сеть, а к вторичной обмотке подключены лампы накаливания, у которых коэффициент мощности равен единице. Ваттметр, включённый в первичную цепь, показал мощность 4600 Вт. Вольтметр, включённый на зажимы вторичной обмотки, показал напряжение 220 В, а амперметр, включённый во вторичную цепь, показал силу тока 20 А.

Определить коэффициент полезного действия трансформатора.

Решение.

1. Определяем коэффициент полезного действия трансформатора по (8.6):

.