Устройства и принцип работы трансформаторов напряжения, КПД трансформатора

Устройство:

В стержневом однофазном трансформаторе (рис. 9.2. а) Обмотки расположены на стержнях , которые замкнуты ярмами. В трансформаторах броневого типа (рис. 9.2.в,г) обе обмотки располагаются на среднем стержне, а крайние стержни их частично закрывают и как бы бронируют обмотки; магнитная цепь такого трансформатора разветвленная. На каждом стержне трехфазного трансформатора (рис. 9.2, е) также расположены две обмотки одной фазы: низшего (1) и высшего (2) напряжения

Магнитопроводы трансформаторов, изображенных на рис. 9.2,а,в,е выполняются из пластин специальных высоколегированных электротехнических сталей, скрепленных при помощи шпилек, изолированных от пластин. В трансформаторах, показанных на рис. 9.2, б, г, магнитопроводы изготовляются из электротехнической ленты и состоят из двух частей. В таких трансформаторах обмотка изготавливается отдельно и упрощает технологию обмоточных работ.

В трансформаторах стержневого типа обычно внути, ближе к стержню, располагают обмотку низшего напряжения, требующую меньшей изолинии от стали сердечника, снаружи - обмотку высшего напряжения (см. рис. 9.2, а,е.). Однако часто их располагают на разных стержнях (см. рис. 9.2,6) так как и в этом случае получается меньший расход меди (меньше длина среднего витка). Трансформаторы со стержневым магнитопроводом хорошо охлаждаются, так как имеют значительную поверхность охлаждения, но они хуже защищены от механических повреждений.

На сердечнике трансформатора, показанном на рис. 9.2, в, расположена дисковая обмотка, в которой катушки низшего и высшего напряжений чередуются друг с другом.

Сердечники тороидальных трансформаторов (см. рис. 9.2, д) выполняются из электротехнической ленты и имеют форму кольца. Однофазные трансформаторы с тороидальным сердечником практически не имеют внешнего магнитного поля, а поэтому не создают радиопомех. Недостатком их является плохое охлаждение, так как тепловой поток от потерь в сердечнике и в обмотках проходит через толщу обмоток.

Авиационные трансформаторы по сравнению с трансформаторами общего применения рассчитаны на токи повышенной частоты (обычно 400 Гц), что при одинаковой мощности дает уменьшение массы и габаритных размеров. С этой же целью в авиационных трансформаторах применяют высоколегированные стали для магнитопроводов и теплостойкую изоляцию для обмоток, что позволяет допустить магнитную индукцию в сердечнике до 1,7 Тл и плотность тока в обмотках при продолжительном режиме работы до 10 А/мм². А это приводит к уменьшению охлаждающей поверхности и повышению нагрева.

Многие трансформаторы помещаются в корпусах и заливаются компаундом, что способствует улучшению теплоотдачи и позволяет уменьшить расстояние между токонесущими частями и корпусом, а также достигается влагостойкость и высокое использование активных материалов.

Принцип действия:

На рисунке 9.1приведена схема однофазного трансформатора, которая представляет собой замкнутый магнитопровод (сердечник) с расположенными на нём двумя обмотками 1 и 2. Если к обмотке 1 подвести переменное напряжение U1, то по этой обмотке будет проходить ток и МДС обмотки создаст в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток Ф, пронизывающий обе обмотки. Переменный магнитный поток Ф наводит в обмотке / ЭДС самоиндукции и в обмотке ; -ЭДС взаимоиндукции.

Если к обмотке 2 подключить потребитель электроэнергии Z_нагр ,то в цепи обмотки появится ток и, следовательно, произойдет трансформация электроэнергии, подводимой к обмотке 7, в электроэнергию, используемую в приемнике Zнагр.

Трансформатор работает только на переменном токе. Если его первичную обмотку подключить к сети постоянного тока, то магнитный поток в сердечнике трансформатора будет постоянным и по величине, и по направлению, а такой поток не будет наводить в обмотках ЭДС; величина наводимой ЭДС зависит от скорости изменения магнитного потока dФ/dt, а в данном случае dФ/dt = 0.

Если рубильник в цепи вторичной обмотки разомкнут, то трансформатор работает в режиме холостого хода (XX). При замкнутой накоротко вторичной обмотке трансформатор работает в режиме короткого замыкания (КЗ).

Таким образом, изучение работы трансформатора целесообразно начать с его предельных режимов: XX и КЗ, так как любой другой нагрузочный режим трансформатора является промежуточным между указанными предельными режимами работы.

Трансформаторы можно классифицировать по нескольким признакам:

по назначению — для питания силовых потребителей (силовые), получения заостренной (пикообразной) формы напряжения (пиковые), преобразования частоты (импульсные), автоматического регулирования и управления (дифференцирую-Щие, согласующие, стабилизирующие и др.), автоматизированного контроля (трансформаторы тока и напряжения) и т. п.;

по типу магнитопровода — стержневые, броневые и тороидальные;

КПД трансформатора

где - полезная мощность, отдаваемая трансформатором; - мощность, потребляемая трансформатором.