Ems în înfășurarea secundară. Formula de bază a transformatorului fem. Miez magnetic. Materiale magnetice

Continuăm cunoștințele noastre cu componentele electronice și în acest articol ne vom uita la dispozitivul și principiul de funcționare al transformatorului.

Transformatoarele au găsit o largă aplicație în inginerie radio și electrică și sunt utilizate pentru transmiterea și distribuția energiei electrice în rețelele de alimentare cu energie electrică, pentru alimentarea circuitelor de echipamente radio, în dispozitive convertoare, ca transformatoare de sudură etc.

Transformator conceput pentru a converti tensiunea alternativă de o valoare în tensiune alternativă de altă valoare.

În cele mai multe cazuri, un transformator constă dintr-un circuit magnetic închis (miez) cu două înfășurări neconectate electric situate pe el. Miezul magnetic este realizat din material feromagnetic, iar înfășurările sunt înfășurate cu sârmă de cupru izolată și plasate pe miezul magnetic.

O înfășurare este conectată la o sursă de curent alternativ și este numită primar(I), tensiunea este eliminată din cealaltă înfășurare pentru a alimenta sarcina și înfășurarea este numită secundar(II). O diagramă schematică a unui transformator simplu cu două înfășurări este prezentată în figura de mai jos.

1. Principiul de funcționare al transformatorului.

Principiul de funcționare al transformatorului se bazează pe fenomen de inducție electromagnetică.

Dacă înfășurării primare se aplică tensiune alternativă U1, atunci curent alternativ va curge prin spirele înfășurării Io, care se va crea în jurul înfășurării și în miezul magnetic câmp magnetic alternant. Câmpul magnetic produce flux magnetic Fo, care, trecând de-a lungul circuitului magnetic, traversează spirele înfășurărilor primare și secundare și induce (induce) EMF alternantă în ele - e1Și e2. Și dacă conectați un voltmetru la bornele înfășurării secundare, acesta va arăta prezența tensiunii de ieșire U2, care va fi aproximativ egală cu fem-ul indus e2.

Când o sarcină, de exemplu o lampă cu incandescență, este conectată la înfășurarea secundară, apare un curent în înfășurarea primară. I1, formând un flux magnetic alternativ în circuitul magnetic F1 variind la aceeași frecvență cu curentul I1. Sub influența unui flux magnetic alternativ, în circuitul de înfășurare secundar apare un curent I2, care la rândul său creează un flux magnetic contracarant conform legii lui Lenz F2, căutând să demagnetizeze fluxul magnetic care îl generează.

Ca urmare a efectului demagnetizant al curgerii F2 Fluxul magnetic este stabilit în circuitul magnetic Fo egală cu diferența de flux F1Și F2și fiind parte a fluxului F1, adică

Fluxul magnetic rezultat Fo asigura transferul energiei magnetice de la infasurarea primara la infasurarea secundara si induce o forta electromotoare in infasurarea secundara e2, sub influența căreia curge curent în circuitul secundar I2. Se datorează prezenței fluxului magnetic Foși există un curent I2, care va fi cu atât mai mare cu atât mai mult Fo. Dar, în același timp, cu cât curentul este mai mare I2, cu atât contracurent este mai mare F2 si deci mai putin Fo.

Din cele de mai sus rezultă că la anumite valori ale fluxului magnetic F1și rezistențe înfăşurare secundarăȘi încărcături sunt setate valorile EMF corespunzătoare e2, actual I2și curge F2, asigurând echilibrul fluxurilor magnetice în circuitul magnetic, exprimat prin formula dată mai sus.

Astfel, diferența de flux F1Și F2 nu poate fi zero, deoarece în acest caz nu ar exista un fir principal Fo, iar fără ea fluxul nu ar putea exista F2 si curent I2. Prin urmare, fluxul magnetic F1, creat de curentul primar I1, întotdeauna mai mult flux magnetic F2, creat de curentul secundar I2.

Mărimea fluxului magnetic depinde de curentul care îl creează și de numărul de spire ale înfășurării prin care trece.

Tensiunea înfășurării secundare depinde de raportul dintre numărul de spire din înfășurări. Cu același număr de spire, tensiunea de pe înfășurarea secundară va fi aproximativ egală cu tensiunea furnizată înfășurării primare, iar un astfel de transformator se numește împărțind.

Dacă înfășurarea secundară conține mai multe spire decât primarul, atunci tensiunea dezvoltată în ea va fi mai mare decât tensiunea furnizată înfășurării primare și un astfel de transformator se numește crescând.

Dacă înfășurarea secundară conține mai puține spire decât primarul, atunci tensiunea sa va fi mai mică decât tensiunea furnizată înfășurării primare și un astfel de transformator se numește în jos.

Prin urmare. Prin selectarea numărului de spire ale înfășurărilor la o anumită tensiune de intrare U1 obțineți tensiunea de ieșire dorită U2. Pentru a face acest lucru, folosesc metode speciale pentru calcularea parametrilor transformatoarelor, cu ajutorul cărora se calculează înfășurările, se selectează secțiunea transversală a firelor, se determină numărul de spire, precum și grosimea și tipul de miezul magnetic.

Transformatorul poate funcționa numai în circuite de curent alternativ. Dacă înfășurarea sa primară este conectată la o sursă de curent continuu, atunci în circuitul magnetic se formează un flux magnetic, constant în timp, în mărime și direcție. În acest caz, o tensiune alternativă nu va fi indusă în înfășurările primar și secundar și, prin urmare, energia electrică nu va fi transferată de la circuitul primar la secundar. Cu toate acestea, dacă în înfășurarea primară a transformatorului curge un curent pulsatoriu, atunci în înfășurarea secundară va fi indusă o tensiune alternativă, a cărei frecvență va fi egală cu frecvența de ondulare a curentului din înfășurarea primară.

2. Design transformator.

2.1. Miez magnetic. Materiale magnetice.

Scop circuit magnetic constă în crearea unui traseu închis pentru fluxul magnetic cu rezistență magnetică minimă. Prin urmare, miezurile magnetice pentru transformatoare sunt realizate din materiale cu permeabilitate magnetică ridicată în câmpuri magnetice alternante puternice. Materialele trebuie să aibă pierderi mici de curent turbionar pentru a nu supraîncălzi circuitul magnetic la valori suficient de mari ale inducției magnetice, să fie destul de ieftine și să nu necesite tratament mecanic și termic complex.

Materiale magnetice, utilizate pentru fabricarea miezurilor magnetice, sunt produse sub formă de foi separate, sau sub formă de benzi lungi de o anumită grosime și lățime și se numesc oteluri electrice.
Tablele de oțel (GOST 802-58) sunt produse prin laminare la cald și la rece, oțelurile texturate cu bandă (GOST 9925-61) numai prin laminare la rece.

De asemenea, sunt utilizate aliajele fier-nichel cu permeabilitate magnetică ridicată, de exemplu, permalloy, permindur etc. (GOST 10160-62) și ferite magnetice moi de joasă frecvență.

Pentru fabricarea unei varietăți de transformatoare relativ ieftine, acestea sunt utilizate pe scară largă oteluri electrice, care au un cost redus și permit transformatorului să funcționeze atât cu cât și fără magnetizare constantă a circuitului magnetic. Oțelurile laminate la rece, care au caracteristici mai bune în comparație cu oțelurile laminate la cald, au găsit cea mai mare aplicație.

Aliaje cu permeabilitate magnetică ridicată utilizat pentru fabricarea transformatoarelor de impulsuri și a transformatoarelor concepute pentru a funcționa la frecvențe ridicate și înalte de 50 - 100 kHz.

Dezavantajul unor astfel de aliaje este costul lor ridicat. De exemplu, costul permalloy este de 10-20 de ori mai mare decât costul oțelului electric, iar permendur este de 150 de ori mai mare. Cu toate acestea, în unele cazuri, utilizarea lor poate reduce semnificativ greutatea, volumul și chiar costul total al transformatorului.

Un alt dezavantaj este influența puternică a magnetizării permanente și a câmpurilor magnetice alternative asupra permeabilității magnetice, precum și rezistența scăzută la influențe mecanice - șoc, presiune etc.

Din ferite magnetice moi de joasă frecvență fabricate cu permeabilitate inițială ridicată miezuri magnetice presate, care sunt utilizate pentru fabricarea transformatoarelor de impulsuri și a transformatoarelor care funcționează la frecvențe înalte de la 50 - 100 kHz. Avantajul feritelor este costul lor scăzut, dar dezavantajul este inducția de saturație scăzută (0,4 - 0,5 T) și instabilitatea puternică a temperaturii și a amplitudinii permeabilității magnetice. Prin urmare, ele sunt utilizate numai în câmpuri slabe.

Alegerea materialelor magnetice se face pe baza caracteristicilor electromagnetice, luând în considerare condițiile de funcționare și scopul transformatorului.

2.2. Tipuri de circuite magnetice.

Miezurile magnetice ale transformatoarelor sunt împărțite în laminat(ștampilat) și bandă(rasucite), realizate din materiale din tabla si presate din ferite.

Laminat Miezurile magnetice sunt asamblate din plăci plate ștanțate de forma corespunzătoare. Mai mult, plăcile pot fi realizate din aproape orice materiale, chiar foarte fragile, ceea ce reprezintă un avantaj al acestor miezuri magnetice.

Bandă Miezurile magnetice sunt realizate dintr-o bandă subțire înfășurată sub formă de spirală, ale cărei spire sunt ferm legate între ele. Avantajul nucleelor magnetice de bandă este utilizarea deplină a proprietăților materialelor magnetice, ceea ce face posibilă reducerea greutății, dimensiunii și costul transformatorului.

În funcție de tipul de circuit magnetic, transformatoarele sunt împărțite în tijă, blindatȘi toroidal. Mai mult, fiecare dintre aceste tipuri poate fi fie tijă, fie bandă.

tijă.

În circuitele magnetice tip tijăînfășurările sunt situate pe două tije ( tijă numită partea din circuitul magnetic pe care sunt aşezate înfăşurările). Acest lucru complică proiectarea transformatorului, dar reduce grosimea înfășurării, ceea ce ajută la reducerea inductanței de scurgere, a consumului de sârmă și la creșterea suprafeței de răcire.

Miezurile magnetice de tijă sunt utilizate în transformatoarele de ieșire cu un nivel scăzut de interferență, deoarece sunt insensibile la efectele câmpurilor magnetice externe de joasă frecvență. Acest lucru se explică prin faptul că, sub influența unui câmp magnetic extern, în ambele bobine sunt induse tensiuni care sunt opuse în fază, care, atunci când spirele înfășurărilor sunt egale, se compensează reciproc. De regulă, transformatoarele de putere mare și medie sunt fabricate de tip tijă.

Blindat.

În circuitul magnetic tip de armurăînfășurarea se află pe tija centrală. Acest lucru simplifică designul transformatorului, permite o mai mare utilizare a ferestrei de către înfășurare și oferă, de asemenea, o anumită protecție mecanică pentru înfășurare. Prin urmare, astfel de circuite magnetice sunt cele mai utilizate.

Unele dezavantaje ale miezurilor magnetice blindate este sensibilitatea lor crescută la câmpurile magnetice de joasă frecvență, ceea ce le face nepotrivite pentru utilizare ca transformatoare de ieșire cu niveluri scăzute de zgomot. Cel mai adesea, transformatoarele de putere medie și microtransformatoarele sunt blindate.

Toroidal.

Toroidal sau inel transformatoarele fac posibilă utilizarea mai deplină a proprietăților magnetice ale materialului, au fluxuri de disipare scăzute și creează un câmp magnetic extern foarte slab, care este deosebit de important în transformatoarele de înaltă frecvență și impulsuri. Dar, din cauza complexității fabricării înfășurărilor, acestea nu au fost utilizate pe scară largă. Cel mai adesea sunt făcute din ferită.

Pentru a reduce pierderile datorate curenților turbionari, circuitele magnetice laminate sunt asamblate din plăci ștanțate de 0,35 - 0,5 mm grosime, care sunt acoperite pe o parte cu un strat de lac de 0,01 mm grosime sau o peliculă de oxid.

Banda pentru miezuri magnetice de bandă are o grosime de la câteva sutimi până la 0,35 mm și este acoperită și cu o suspensie sau peliculă de oxid izolatoare electric și în același timp adezive. Și cu cât stratul de izolație este mai subțire, cu atât secțiunea transversală a circuitului magnetic este umplută cu material magnetic mai dens, cu atât dimensiunile totale ale transformatorului sunt mai mici.

Recent, alături de tipurile considerate „tradiționale” de circuite magnetice, au fost utilizate noi forme, care includ circuite magnetice de tip „cablu”, „tor inversat”, tip bobină etc.

Să lăsăm așa deocamdată. Să continuăm în.
Noroc!

Literatură:

1. V. A. Volgov - „Piese și componente ale echipamentelor radio-electronice”, Energia, Moscova 1977
2. V. N. Vanin - „Transformatori de curent”, Editura „Energia” Moscova 1966 Leningrad.
3. I. I. Belopolsky - „Calculul transformatoarelor și bobinelor de putere mică”, M-L, Gosenergoizdat, 1963.
4. G. N. Petrov - „Transformers. Volumul 1. Fundamentele teoriei”, Editura State Energy, Moscova 1934 Leningrad.
5. V. G. Borisov, „Tânărul amator de radio”, Moscova, „Radio și comunicații” 1992

Să luăm o bobină cu un miez feromagnetic și să scoatem rezistența ohmică a înfășurării ca element separat, așa cum se arată în Figura 1.

Figura 1. Inductor cu miez feromagnetic

Când bobinei i se aplică o tensiune alternativă e c, conform legii inducției electromagnetice, apare o fem e L de autoinducție.

(1) unde ψ — legătură de flux, W- numărul de spire în înfășurare, F- fluxul magnetic principal.

Neglijăm fluxul de împrăștiere. Tensiunea aplicată bobinei și fem-ul indus sunt echilibrate. Conform celei de-a doua legi a lui Kirchhoff pentru circuitul de intrare, putem scrie:

e c + e L = i × R schimb, (2)

Unde R obm - rezistența activă a înfășurării.

Deoarece e L >> i × R schimb, atunci neglijăm căderea de tensiune pe rezistența ohmică, atunci e c ≈ −e L. Dacă tensiunea rețelei este armonică, e c = E m cosω t, Acea:

(3)

Să găsim fluxul magnetic din această formulă. Pentru a face acest lucru, transferăm numărul de spire în înfășurare în partea stângă și fluxul magnetic Ф la dreapta:

(4)

Acum să luăm integrala nedefinită a laturilor drepte și stângi:

(5)

Deoarece considerăm că circuitul magnetic este liniar, în circuit circulă doar curent armonic și nu există magnet permanent sau componentă constantă a fluxului magnetic, atunci constanta de integrare c = 0. Atunci fracția din fața sinusului este amplitudinea fluxului magnetic

(6)

de unde exprimăm amplitudinea EMF de intrare

E m = F m × W &ori ω (7)

Valoarea sa efectivă este

(8) (9)

Se numește expresia (9). formula de bază a transformatorului EMF, care este valabil numai pentru tensiunea armonică. Cu o tensiune nearmonică, se modifică și se introduce așa-numitul factor de formă, egal cu raportul dintre valoarea efectivă și media:

(10)

Să găsim factorul de formă pentru un semnal armonic și să găsim valoarea medie în intervalul de la 0 la π/2

(11)

Atunci factorul de formă este iar formula de bază a transformatorului EMF ia forma finală:

(12)

Dacă semnalul este o secvență de impulsuri dreptunghiulare de aceeași durată (meadru), atunci amplitudinea, valorile efective și mediile pentru o jumătate de perioadă sunt egale între ele și k f = 1. Puteți găsi factorul de formă pentru alte semnale. Formula de bază a transformatorului EMF va fi valabilă.

Să construim o diagramă vectorială a unei bobine cu miez feromagnetic. Cu o tensiune sinusoidală la bornele bobinei, fluxul său magnetic este, de asemenea, sinusoidal și întârzie în fază față de tensiune cu un unghi π/2, așa cum se arată în Figura 2.

Conținutul articolului

TRANSFORMATOR ELECTRIC, un dispozitiv electromagnetic care nu are părți în mișcare și este folosit pentru a transmite energie electrică printr-un câmp magnetic de la un circuit de curent alternativ la altul fără a modifica frecvența. Un transformator își poate crește tensiunea (transformatorul de creștere), scădea (de exemplu, un transformator de instrument) sau poate transfera energie la aceeași tensiune la care a primit-o (transformator de izolare). Transformatoarele au randament ridicat: de la 97% la puteri mici la peste 99% la puteri mari. Au un design destul de robust și un cost relativ scăzut pe unitatea de putere transmisă.

Transformatorul constă dintr-un miez magnetic, care este un set de plăci care sunt de obicei realizate din oțel siliconic (Fig. 1). Există două înfășurări pe circuitul magnetic - primarul P si secundar S. Pentru simplitate, înfășurările sunt afișate pe diferite miezuri magnetice. De fapt, cu acest aranjament de înfășurări, fluxul magnetic alternativ creat de înfășurarea primară în miezul magnetic nu este utilizat suficient de eficient pentru a induce o fem în înfășurarea secundară. În plus, un astfel de transformator ar fi greu de reglat. În practică, înfășurările primare și secundare sunt situate aproape una de alta (Fig. 2).

În fig. 1 alternator A furnizează curent eu 0 tensiune E 1 pe înfășurare primară P. În momentul de față, curentul din conductorul superior are o direcție pozitivă și crește, astfel încât înfășurarea primară creează un flux magnetic F în circuitul magnetic în sensul acelor de ceasornic. Acest flux, care pătrunde în ambele înfășurări, se numește flux de inducție reciprocă; modificarea sa induce forță electromotoare (EMF) atât în înfășurarea primară, cât și în cea secundară. EMF indus în înfășurarea primară este direcționat împotriva curentului de alimentare din acesta și corespunde EMF din spate al motorului electric. FEM indusă în înfășurarea secundară corespunde f.e.m. a generatorului electric și poate fi aplicată sarcinii.

Mărimea EMF indusă în înfășurarea transformatorului este dată de formula E= 4,44 F m fN 10 - 8 V, unde F m – valoarea maximă instantanee a fluxului magnetic F în maxwells, f– frecvența în herți și N– numărul de ture. Deoarece fluxul F m este comun ambelor înfășurări, EMF indus în fiecare dintre ele este proporțional cu numărul de spire din înfășurarea corespunzătoare:

E 2 /E 1 = N 2 /N 1 .

Într-un transformator obișnuit, tensiunile la terminale diferă de femelele electromagnetice induse cu doar câteva procente, astfel încât, pentru cele mai multe scopuri practice, tensiunile specificate sunt de fapt proporționale cu numărul corespunzător de spire, V 2 /V 1 = N 2 /N 1 .

Actual eu 0 în absența sarcinii (curent fără sarcină) creează un flux magnetic F și, împreună cu tensiunea aplicată, este o sursă de pierderi în circuitul magnetic datorate histerezisului și curenților turbionari. Pierderi în modul inactiv eu 0 2 Rîn cupru înfăşurarea primară este neglijabilă. Curent fără sarcină eu 0 este de obicei de la 1 la 2% din curentul nominal al transformatorului, deși în transformatoarele de joasă frecvență (25 Hz) poate atinge valori de 5 sau 6%.

Dacă în fig. 1 comutator X Circuitul secundar este închis și curent curge în el. Conform regulii lui Lenz, direcția curentului în înfășurarea secundară este astfel încât se opune fluxului F . Când acest flux scade, EMF spate E 1 Înfășurarea primară scade și ea, iar curentul din ea devine mai mare, asigurând transferul de putere, care este apoi îndepărtat din înfășurarea secundară. Spate EMF E 1 diferit de tensiunea aplicată V 1 cu doar 1–2%. Voltaj V 1 în mod constant. Dacă E 1 este constant, atunci fluxul de inducție reciprocă F este, de asemenea, constantă și, prin urmare, forța magnetomotoare (numărul de spire de amperi) care acționează asupra circuitului magnetic este constantă. Astfel, creșterea MMF a înfășurării secundare atunci când se aplică o sarcină trebuie echilibrată de valoarea opusă a MMF a înfășurării primare. Curentul fără sarcină este mic în comparație cu curenții de sarcină și de obicei este semnificativ defazat cu aceștia. Neglijând-o, avem

N 2 eu 2 = N 1 eu 1 și eu 2 /eu 1 = N 1 /N 2 .

Astfel, într-un transformator, curenții sunt aproape invers proporționali cu numărul de spire din înfășurările corespunzătoare.

Dependența tensiunii de sarcină.

În fig. Figura 2 prezintă o secțiune transversală a unui braț al transformatorului cu înfășurări primare și secundare conectate PȘi S, iar primarul acoperă secundarul. Aproape întotdeauna există o parte din fluxul F creat de curentul primar, care este închis numai pe înfășurarea primară P; acesta este fluxul de scurgere primar. În mod similar, există un flux de scurgere secundar. Ambele fluxuri creează o reactanță de scurgere în circuitele corespunzătoare, care, în combinație cu rezistența activă, reduce tensiunea la bornele înfășurării secundare cu sarcina pornită. În fig. a 3-a valoare V 1 reprezintă tensiunea la bornele înfășurării primare și eu 1 – curent în ea, întârziat în raport cu V 1 per q grade. Voltaj eu 1 R 01 (în fază cu eu 1) si tensiune eu 1 X 01 (deplasat în raport cu eu 1 la 90° și înaintarea lui) se însumează vectorial cu V 1, dând E 1 . Ca rezultat avem

Curentul de conducere este luat cu semnul minus. Dacă factorul de putere este 1, atunci cos q = 1 și păcatul q= 0. În acest caz, modificarea relativă a tensiunii pe înfășurarea primară a transformatorului atunci când sarcina trece de la modul optim la modul fără sarcină este determinată de relația

Pentru înfășurarea secundară avem R 02 = R 01 (N 2 /N 1) 2 și X 02 = X 01 (N 2 /N 12 . Scriind similar cu ecuația anterioară pentru E 2, obținem același raport. Pierderile la rezistența activă și de reactanță a transformatorului variază de la unu la trei procente din tensiunea terminalului (sunt prezentate la scară mărită în Fig. 3).

Eficiența de conversie a transformatoarelor este atât de aproape de unitate încât măsurătorile directe la intrare și la ieșire sunt insuficient de precise. O metodă mai precisă pentru determinarea eficienței este măsurarea pierderilor P cîntr-un circuit magnetic prin măsurarea puterii uneia dintre înfășurări fără sarcină, când această înfășurare funcționează la tensiunea nominală. Apoi eficiența ( h) se poate obține din formulă

Autotransformatoare.

Un autotransformator este un transformator în care o parte a înfășurării este comună atât pentru circuitul primar, cât și pentru cel secundar. Cu un raport de transformare scăzut, autotransformatorul oferă economii semnificative de costuri și o eficiență crescută în comparație cu un transformator convențional cu două înfășurări.

În fig. 4, A prezintă un autotransformator cu un raport de transformare de 2. Se presupune că factorul de putere este 1, iar pierderile și curentul fără sarcină sunt neglijabile. Înfășurare continuă ac pe miezul magnetic al transformatorului poate fi distribuită între mai multe bobine de pe umerii opuși ai circuitului magnetic. Pentru a obține un raport de transformare de 2, se face un robinet b de la mijlocul înfăşurării ac, iar sarcina înfășurării secundare este conectată între puncte bȘi c. Pentru bobinaj de conversie a puterii ab este primară şi bc– secundar. Să presupunem că curentul de sarcină eu este de 20 A la 50 V. Un curent de 10 A curge din A La b iar de aici la sarcină dd ў . Putere generată de un curent de 10 A cu o cădere de tensiune de 50 V în zonă aw, este de 500 W; această putere induce un câmp magnetic în circuitul magnetic, care se manifestă într-un curent indus eu 2 = 10 A la 50 V între cȘi b. Astfel, dintr-o putere totală de 1000 W la sarcină, 500 W se transmit de la A La b prin fire fără transformare și 500 W - ca urmare a transformării. Într-un transformator convențional cu două înfășurări, ar fi necesară mai mult decât o înfășurare ac evaluat la 100 V și 10 A, dar și o înfășurare secundară evaluată la 50 V și 20 A și care conține aceeași cantitate de cupru. Mai mult, cu o singură înfășurare, este nevoie de mai puțin fier pentru circuitul magnetic (miez). În consecință, un autotransformator cu un raport de transformare de 2 sau 1/2 necesită jumătate din material decât un transformator cu două înfășurări, iar pierderile sunt reduse cu aproximativ jumătate.

În fig. 4, b prezintă un autotransformator cu o înfășurare primară de 100 V și un raport de transformare de 4/3. Sarcina înfășurării secundare este de 20 A la 75 V, ceea ce corespunde unei puteri de ieșire de 1500 W. Prin urmare, curentul primar trebuie să fie de 15 A. Apăsați b făcută într-un punct corespunzător la trei sferturi din numărul de spire din c La A. Un curent de 15 A curge din A La b iar de aici la sarcină dd ў . Acest curent cu o cădere de tensiune de 25 V pe suprafață ab dă 15ґ 25 = 375 W câmpului magnetic, care induce un curent între cȘi b 5 A la 75 V, deci doar 375 W sunt transformați, iar restul de 1125 W de putere este transferat de la circuitul de 100 V la 75 V prin fire. Astfel, pentru a transforma întreaga putere dată, doar un sfert din valoarea puterii pe care ar trebui să o aibă transformatorul corespunzător cu două înfăşurări este suficientă pentru transformatorul specificat.

Autotransformatoarele sunt de obicei folosite pentru a regla tensiunea secundară și a transforma cu rapoarte mici, cum ar fi 2 sau 1/2. De asemenea, sunt utilizate pentru demaroare de motoare, bobine de egalizare și pentru multe alte scopuri care necesită rapoarte de transformare scăzute.

LR 5. Studiul modurilor de funcționare a unui transformator monofazat

Numiți principalele elemente de proiectare ale unui transformator monofazat.

Un transformator monofazat este format dintr-un miez magnetic (miez) și două înfășurări așezate pe el. Înfășurarea conectată la rețea se numește primară, iar înfășurarea la care este conectat receptorul de energie electrică se numește secundară. Miezul magnetic este realizat din material feromagnetic și servește la îmbunătățirea câmpului magnetic, iar fluxul magnetic este închis prin el.

Caracteristici ale designului circuitului magnetic al transformatorului.

Miezul magnetic al transformatorului este situat într-un câmp magnetic de curent alternativ și, prin urmare, în timpul funcționării, acesta inversează continuu magnetizarea și în el sunt induși curenți turbionari, care consumă energie care merge la încălzirea miezului magnetic. Pentru a reduce pierderile de energie din cauza inversării magnetizării, circuitul magnetic este alcătuit dintr-un feromagnet magnetic moale, care are o inducție reziduală scăzută și este ușor remagnetizat și pentru a reduce curenții turbionari și, în consecință, gradul de încălzire al circuitului magnetic, circuitul magnetic este asamblat din plăci de oțel electrice separate, izolate între ele.

3. Cum se determină EMF ale înfășurărilor transformatorului, de ce depind acestea?

EMF-ul înfășurărilor transformatorului este determinat de formulele: E1 =4,44*Fm*f*N 1 Și E2 =4,44*Fm*f*N2

Unde fm– valoarea maximă a fluxului magnetic,

f- frecvența AC,

N 1Și N 2– numărul de spire ale înfășurărilor primare și, respectiv, secundare.

Astfel, EMF-ul înfășurărilor transformatorului depinde de fluxul magnetic, de frecvența curentului alternativ și de numărul de spire ale înfășurărilor, iar raportul dintre EMF depinde de raportul dintre numărul de spire ale înfășurărilor.

4. Numiți tipurile de pierderi de energie dintr-un transformator, de ce depind acestea?

Când un transformator funcționează, în el apar două tipuri de pierderi de energie:

1. Pierderile magnetice sunt pierderi de energie care apar în circuitul magnetic. Aceste pierderi sunt proporționale cu tensiunea rețelei. Energia în acest caz este cheltuită pentru inversarea magnetizării miezului magnetic și pentru crearea de curenți turbionari și este convertită în energie termică eliberată în miezul magnetic.

2. Pierderile electrice sunt pierderile de energie care apar în înfășurările unui transformator. Aceste pierderi sunt cauzate de curenții care circulă în înfășurări și sunt determinate de: Re = I 2 1 R 1 + I 2 2 R 2.

Acea. pierderile electrice sunt proporționale cu pătratele curenților care circulă în înfășurările transformatorului. În acest caz, energia este cheltuită pentru încălzirea înfășurărilor.

5. Cum se determină pierderile magnetice într-un transformator, de ce depind ele?

Pentru a determina pierderile magnetice într-un transformator, se efectuează un experiment XX, în care curentul în înfășurarea secundară este zero, iar în înfășurarea primară curentul nu depășește 10% din eu nom. Deoarece La efectuarea acestui experiment, receptorul de putere este oprit, apoi toată puterea măsurată de un wattmetru conectat la circuitul înfășurării primare a transformatorului este puterea pierderilor electrice și magnetice. Pierderile magnetice sunt proporționale cu tensiunea aplicată înfășurării primare. Deoarece la efectuarea experimentului, XX este furnizat înfășurării primare U nom , atunci pierderile magnetice vor fi aceleași ca în modul nominal. Pierderile electrice depind de curenții din înfășurări și din moment ce curentul în înfășurarea secundară este zero, iar în înfășurarea primară curentul nu depășește 10% din curentul nominal, iar pierderile electrice sunt nesemnificative. Astfel, neglijând pierderile electrice minore, credem că toată puterea măsurată în timpul experimentului XX este puterea pierderilor magnetice.

6. Cum se determină pierderile electrice într-un transformator, de ce depind ele?

Pentru a determina pierderile electrice în transformator, se efectuează un experiment de scurtcircuit. Pentru a face acest lucru, este necesar să reduceți tensiunea de pe înfășurarea secundară la zero, să închideți bornele secundare între ele și să creșteți tensiunea până când curenții nominali sunt stabiliți în înfășurări. Tensiunea la care se stabilesc curenții nominali în înfășurări se numește tensiune de scurtcircuit. De regulă, tensiunea de scurtcircuit este nesemnificativă și nu depășește 10% din valoarea nominală.

Se vor determina pierderile electrice în transformator în timpul experimentului de scurtcircuit :Re= I 2 1nom R 1 + I 2 2nom R 2.

Deoarece Când se efectuează un experiment de scurtcircuit, curenții nominali sunt setați în înfășurările transformatorului, apoi pierderile electrice din acestea vor fi aceleași ca în modul nominal. Pierderile magnetice sunt proporționale cu tensiunea de pe înfășurarea primară și din moment ce În experimentul de scurtcircuit, o tensiune mică este furnizată înfășurării primare, apoi pierderile magnetice sunt nesemnificative. Astfel, neglijând pierderile magnetice nesemnificative, putem presupune că toată puterea măsurată în experimentul de scurtcircuit este puterea pierderilor electrice.

Să luăm o bobină cu miez feromagnetic și să scoatem rezistența ohmică a înfășurării ca element separat, așa cum se arată în Fig. 2.8.

Figura 2.8 – Pentru a deriva formula pentru EMF transformator

Când porniți tensiunea alternativă e c în bobină, conform legii inducției electromagnetice, apare o fem e L de autoinducție.

(2.8)

unde ψ este legătura de flux,

W – numărul de spire în înfășurare,

Ф – fluxul magnetic principal.

Neglijăm fluxul de împrăștiere. Tensiunea aplicată bobinei și fem-ul indus sunt echilibrate. Conform celei de-a doua legi a lui Kirchhoff pentru circuitul de intrare, putem scrie:

e c + e L = i * R schimb, (2.9)

unde R rev este rezistența activă a înfășurării.

Deoarece schimbul e L >> i * R, neglijăm căderea de tensiune pe rezistența ohmică, atunci e c ≈ – . Dacă tensiunea rețelei este armonică e c = E m cos ωt, atunci E m cos ωt = , de unde . Să găsim fluxul magnetic. Pentru a face acest lucru, luăm integrala nedefinită a părților din dreapta și din stânga. Primim

, (2.10)

dar întrucât considerăm că circuitul magnetic este liniar, în circuit circulă doar un curent armonic și nu există magnet permanent sau componentă constantă, atunci constanta de integrare c = 0. Atunci fracția din fața factorului armonic este amplitudinea lui fluxul magnetic, din care exprimăm E m = Ф m * W * ω. Valoarea sa efectivă este

Sau primim

unde s este secțiunea transversală a circuitului magnetic (miez, oțel).

Expresia (2.11) se numește formula de bază a transformatorului EMF, care este valabilă numai pentru tensiunea armonică. De obicei se modifică și se introduce așa-numitul factor de formă, egal cu raportul dintre valoarea efectivă și media:

. (2.12)

Să-l găsim pentru un semnal armonic, dar să găsim valoarea medie pe interval

Atunci factorul de formă este iar formula de bază a transformatorului EMF ia forma finală:

(2.13)

Dacă semnalul este un meadru, atunci amplitudinea, valorile efective și mediile pentru jumătatea perioadei sunt egale între ele și sunt egale. Puteți găsi factorul de formă pentru alte semnale. Formula de bază a transformatorului EMF va fi valabilă.

Figura 2.9 – Diagrama vectorială a unei bobine cu feromagnetic

miez a) fără pierderi; b) cu pierderi

Într-o bobină fără pierderi, curentul de magnetizare - curent reactiv (I p) este în fază cu fluxul magnetic Ф m. Dacă există pierderi în miez (), atunci unghiul este unghiul pierderilor datorate inversării magnetizării miezului. Componenta activă a curentului Ia caracterizează pierderile în circuitul magnetic.