Запитання для самоконтролю

1. Для чого призначений трансформатор?

2. У чому суть явища електромагнітної індукції?

3. Сформулюйте і математично запишіть закон електромагнітної індукції.

4. Складіть і опишіть конструктивну схему однофазного трансформатора.

5. Опишіть принцип дії однофазного трансформатора.

6. Що таке коефіцієнт трансформації однофазного трансформатора?

7. Як визначити коефіцієнт трансформації однофазного трансформатора дослідним шляхом?

8. Який однофазний трансформатор називають понижуючим?

9. Який однофазний трансформатор називають підвищуючим?

10. Перелічіть режими роботи однофазного трансформатора.

Завдання для самоконтролю

Однофазний трансформатор має 2200 витків у первинній обмотці. Ця обмотка призначена для роботи з напругою 220 В. Необхідно, щоб напруга на затисках вторинної обмотки була 22 В.

1. Визначити кількість витків вторинної обмотки.

Фізичні явища і процеси в елементах конструкції

При роботі однофазного трансформатора в елементах його конструкції спостерігаються наступні фізичні явища і процеси.

В первинній обмотці:

• явище електричного струму;

• явище електромагнетизму;

• явище електромагнітної індукції (самоіндукції);

• явище теплової дії струму;

• процес нагрівання обмотки.

У вторинній обмотці:

• явище електромагнітної індукції (взаємної індукції);

• явище електричного струму;

• явище електромагнетизму;

• явище теплової дії струму;

• процес нагрівання обмотки.

В магнітопроводі:

• явище електромагнітної індукції;

• явище вихрових струмів;

• явище теплової дії вихрових струмів;

• явище гістерезису;

• явище теплової дії гістерезису;

• процес нагрівання магнітопроводу.

Крім цього відбувається обмін тепловою енергією між елементами конструкції трансформатора і навколишнім середовищем.

Запитання для самоконтролю

1. Перелічіть фізичні явища, які спостерігаються в первинній обмотці однофазного трансформатора.

2. Перелічіть фізичні явища, які спостерігаються у вторинній обмотці однофазного трансформатора.

3. Перелічіть фізичні явища, які спостерігаються в магнітопроводі однофазного трансформатора.

Енергетична діаграма

При роботі трансформатор споживає з мережі електричну енергію однієї напруги, а віддає споживачу електричну енергію іншої напруги. При протіканні цього процесу відбуваються втрати енергії у вигляді теплоти в елементах конструкції трансформатора (як показано вище): втрати в обмотках, втрати в магнітопроводі. Розглянемо даний процес перетворення енергії на енергетичній діаграмі трансформатора (рис.8.2).

На енергетичній діаграмі (рис.8.2) позначено:

Р₁ – активна потужність, яку споживає трансформатор, Вт;

Р_ел1 – втрати активної потужності в первинній обмотці (в результаті теплової дії струму, який протікає в ній), Вт;

Р_мг – втрати активної потужності в магнітопроводі трансформатора

(в результаті теплової дії вихрових струмів і гістерезису), Вт;

для зниження цих втрат магнітопровід виконують з листів електротехнічної сталі з вмістом кремнію 4 – 5 %, товщина листів 0,35 – 0,5 мм при частоті струму 50 Гц, листи ізолюють один від одного;

Р_ел2 – втрати активної потужності у вторинній обмотці (в результаті теплової дії струму, який протікає в ній), Вт;

Р₂ – активна потужність, яка віддається трансформатором, Вт.

Сума втрат активної потужності в трансформаторі дорівнює:

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

Втрати в обмотках трансформатора:

, (8.4)

, (8.5)

де r₁, r₂ – активні опори обмоток трансформатора, Ом;

I₁, I₂ – діючі значення сил струмів в обмотках трансформатора, А.

Коефіцієнт корисної дії трансформатора дорівнює:

. (8.6)

Коефіцієнт потужності трансформатора дорівнює:

, (8.7)

де Р₁ – активна потужність, яку споживає трансформатор з мережі, Вт;

S₁ – повна потужність, яку споживає трансформатор з мережі, ВА.

Приклад 8.3

Первинна обмотка однофазного трансформатора включена в мережу, а до вторинної обмотки підключені лампи розжарювання, у яких коефіцієнт потужності дорівнює одиниці. Ватметр, включений у первинне коло, показав потужність 4600 Вт. Вольтметр, включений на затиски вторинної обмотки, показав напругу 220 В, а амперметр, включений у вторинне коло, показав силу струму 20 А.

Визначити коефіцієнт корисної дії трансформатора.

Рішення.

1. Визначаємо коефіцієнт корисної дії трансформатора за (8.6):

.