23. Закон электромагнитной индукции. Устройство и принцип действия однофазного трансформатора.

Определение и классификация

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования Электрической Энергии переменного тока одного напряжения в ЭЭ переменного тока другого напряжения при сохранении частоты.

Преобразование энергии в Трансформаторе осуществляется с помощью магнитного поля, связывающего электромагнитно две или несколько обмоток, расположенных на ферромагнитном сердечнике.

Трансформатор применяется в тех случаях, когда потребители требуют напряжения, отличного от основного напряжения электротехнической системы (сетей освещения, выполнении технологических операций при строительстве, входят в состав выпрямительных и сварочных установок).

Классификация Трансформаторов:

1. По назначению	- Силовые; - Осветительные; - Специальные.
2. По числу фаз	- Однофазные; - Трехфазные.
3. По числу обмоток	- Однообмоточные; - Двухобмоточные; - Многообмоточные.
4. По способу охлаждения	- Сухие (воздушные); - Масляные.
5. По конструкции ферромагнитного сердечника	- Стержневые (обмотка охватывает стержни сердечника); - Броневые (стержни охватывают сердечник, экранируют её).

Как правило, Трансформаторы размещают в специальном кожухе. Он защищает обмотки от механических повреждений, а также необходим по правилам техники безопасности.

Принцип действия трансформатора

Рассмотрим на примере однофазного, двухобмоточного, стержневого трансформатора.

Обмотки 1 и 2, выполненные из изолированных проводов, размещены на ферромагнитном сердечнике 3. Обмотка, получающая питание от источника ЭЭ называется первичной, а обмотка, связанная с нагрузкой – вторичной.

Основной магнитный поток индуктирует ЭДС в первичной и вторичной обмотках. А магнитный поток рассеивания индуктирует ЭДС рассеивания в своих обмотках.

Будем предполагать, что на вход поступает синусоидальное напряжение

Это свойство сети и оно обычно исполняется.

При подаче питания на первичную обмотку, по ней будет протекать изменяющийся ток.

Переменный ток создает переменный магнитный поток, который по закону ЭМИ индуктирует э.д.с.



Причем а

Условные графические обозначения Трансформатора на принципиальных электрических схемах:

24. Режим холостого хода трансформатора.

Режим холостого хода Трансформатора

Имеет место тогда, когда первичная обмотка подключена к сети u1 и f1, а вторичная обмотка разомкнута (I2=0)

I₀ – ток холостого хода (для силовых трансформаторов I₀=(2-10)% I_1Н,

I_1Н – номинальный ток первичной обмотки

Ток ХХ создает магнитный поток, который изменяется по синусоидальному закону:

ВЫВОД: ЭДС, индуктируемая основным магнитным потоком , отстает от него на угол, равный /2.

Зависимости для трансформаторной ЭДС

Важной характеристикой Трансформатора является коэффициент трансформации, под которым понимается отношение ЭДС, индуктируемых основным магнитным потоком в первичной и вторичной обмотках:

Коэффициент трансформации

У Трансформатора U1=E1

U2=E2=U20/

Приближенное значение.

В соответствии со II-ым законом Кирхгофа для мгновенных значений величин, справедливы следующие выражения:

В данном выражении все величины – синусоидальные функции времени, поэтому можно перейти к символической форме записи:

При проведении теоретических анализа и расчета принято заменять комплекс ЭДС рассеяния на равный ему по величине и противоположный по направлению комплекс падения напряжения на индуктивном сопротивлении рассеяния
где – индуктивное сопротивление рассеяния первичной обмотки.

С учетом этого, последнее выражение приводится к виду

или

где – комплекс полного сопротивления первичной обмотки.

Это выражение не отличается от соответственно для катушки с ферромагнитным сердечником. Поэтому и ВД трансформатора в режиме ХХ ничем не отличается от ВД для катушки с ферромагнитным сердечником.