Принцип действия трансформатора

Принцип действия трансформа тора основан на явлении электромагнитной индукции. Это явление возникновения ЭДС в проводнике или контуре под действием магнитного поля.

При включении первичной обмотки в цепь с переменным напряжением по ней начнет протекать переменный ток, который создаст вокруг обмотки переменное магнитное поле. Это поле пронизывает витки первичной обмотки и наводит в ней ЭДС самоиндукции . Основная часть созданного магнитного потока будет замыкаться по сердечнику, пронизывать витки вторичной обмотки и создавать в ней ЭДС взаимоиндукции . При подключении нагрузки к вторичной обмотке в ней будет протекать переменный ток

4. Режимом холостого хода трансформатора называется такой режим его работы, при котором его первичная обмотка включена на сеть переменного тока с частотою , а вторичная обмотка разомкнута. Схема замещения (а) и векторная диаграмма (б) холостого хода трансформатора. Уравнение электрического состояния первичной обмотки: , где U1 – комплекс напряжения на первичной обмотке; Е1 – комплекс ЭДС первичной обмотки; I1 – комплекс тока первичной обмотки; r1 – резистивное сопротивление первичной обмотки; X1 – индуктивное сопротивление рассеивания первичной обмотки. Уравнение электрического состояния вторичной обмотки: , где U2 – комплекс напряжения на вторичной обмотке; Е2 – комплекс ЭДС вторичной обмотки; I2 – комплекс тока вторичной обмотки; r2 – резистивное сопротивление вторичной обмотки; X2 – индуктивное сопротивление рассеивания вторичной обмотки.
5. Нагрузочным или рабочим называется режим работы трансформатора, при котором к первичной обмотке подведено напряжение U₁, а к вторичной подключены потребители Z_Н (рис. 1), так что I₂ > 0. Схемы замещения первичной (а) и вторичной (б) обмоток трансформатора при нагрузке. Векторные диаграммы первичной (а) и вторичной (б) обмоток трансформатора

6.Условия включения на параллельную работу. В большинстве случаев при значительной мощности электрической установки целесообразно иметь не один, а несколько трансформаторов меньшей мощности, включенных параллельно на общую нагрузку. Такое дробление общей трансформаторной мощности позволяет лучше решать проблему энергоснабжения потребителей, отключать часть трансформаторов при уменьшении нагрузки, проще проводить профилактический ремонт трансформаторов и пр.

Для включения трансформаторов Tp1 и Тр2 на параллельную работу (рис. 2.50, а)необходимо, чтобы при холостом ходе в их обмотках не возникали уравнительные токи и чтобы нагрузка распределялась между обоими трансформаторами в соответствии с их номинальной мощностью. Для этого требуется соблюдать ряд условий.

При неравенстве ЭДС E_20I и E_20II параллельно работающих трансформаторов (их вторичных напряжений при холостом ходе — рис. 2.51) возникает уравнительный ток.

Рис. 2.50. Схема включения трансформаторов при параллельной работе (в) и схема замещения их (б)

первым необходимым условием для включения трансформаторов на параллельную работу является равенство их вторичных ЭДС, т. е. вторичных напряжений холостого хода . Вторым необходимым условием является совпадение по фазе ЭДС É_20I и É_20II. с тем чтобы их векторная разность ΔÉ = É_20I - É_20II равнялась нулю. Для этого параллельно работающие трансформаторы должны принадлежать к одной группе соединений. При невыполнении этого условия между одноименными зажимами вторичных обмоток возникает разность ЭДС ΔÉ , вызывающая появление уравнительного тока.

7. Вопыте короткого замыкания однофазного трансформатора вторичная обмотка закорачивается накоротко, то есть Z_н=0, а напряжение вторичной обмотки U₂=0. При этом напряжение первичной обмотки подводится пониженным, для того чтобы, не повредить трансформатор.

Схема опыта короткого замыкания

В опыте короткого замыкания определяют следующие параметры:

1 – Номинальное напряжение короткого замыкания U_k. Это напряжение первичной обмотки, при котором значения токов короткого замыкания в обмотках равны номинальным. Выражается в процентном соотношении от номинального напряжения U_1н.

2 – Параметры схемы замещения. Так как ветви намагничивания при опыте короткого замыкания нет, то ток в первичной обмотке, равен току во вторичной.

Следовательно, полное сопротивление короткого замыкания можно определить как

3 – Сопротивления вторичной обмотки

4 – Полное падение напряжения короткого замыкания U_k в обмотках и его активную и реактивную составляющую в %

5 – Потери короткого замыкания P_k. Так как, в опыте короткого замыкания на первичную обмотку подается пониженное напряжение, то магнитный поток имеет малую величину и им можно пренебречь. Следовательно, мощность потребляемая трансформатором расходуется на электрические потери в обмотках.

8. В большинстве случаев обмотки трехфазных трансформаторов соединяют либо в звезду -Y, либо в треугольник - Δ (рис. 1).

Выбор схемы соединений зависит от условий работы трансформатора. Например, в сетях с напряжением 35 кВ и более выгодно соединять обмотки в звезду и заземлять нулевую точку, так как при этом напряжение проводов линии передачи будет в √3 раз меньше линейного, что приводит к снижению стоимости изоляции.

Рис.1

Осветительные сети выгодно строить на высокое напряжение, но лампы накаливания с большим номинальным напряжением имеют малую световую отдачу. Поэтому их целесообразно питать от пониженного напряжения. В этих случаях обмотки трансформатора также выгодно соединять в звезду (Y), включая лампы на фазное напряжение.

С другой стороны, с точки зрения условий работы самого трансформатора, одну из его обмоток целесообразно включать в треугольник (Δ ).

Фазный коэффициент трансформации трехфазного трансформатора находят, как соотношение фазных напряжений при холостом ходе:

nф = Uфвнх / Uфннх,

а линейный коэффициент трансформации, зависящий от фазного коэффициента трансформации и типа соединения фазных обмоток высшего и низшего напряжений трансформатора, по формуле:

nл = Uлвнх / Uлннх.

Если соединений фазных обмоток выполнено по схемам "звезда-звезда" (Y/Y) или "треугольник-треугольник" (Δ/Δ), то оба коэффициента трансформации одинаковы, т.е. nф = nл.

При соединении фаз обмоток трансформатора по схеме "звезда - треугольник" (Y/Δ) - nл = nф√3, а по схеме "треугольник-звезда" (Δ / Y) - nл = nф /√3