Курс теоретических лекций Электрические машины и трансформаторы. Лекции для курсов Электрические машины и аппараты

• Название: Лекции для курсов Электрические машины и аппараты
• Дата: 24.04.2023
• Размер: 3.55 Mb.
• Имя файла: Курс теоретических лекций Электрические машины и трансформаторы.docx
• Тип: Лекции; #1085552
• страница: 19 из 19

Лекция 9

Специальные трансформаторы

1. 
   Автотрансформаторы
   
2. 
   Сварочные трансформаторы
   
3. 
   КПД трансформаторов
   

Автотрансформаторы

28.1. Общие определения

Автотрансформаторы по принципу действия ничем не отличаются от обычных трансформаторов. Разница состоит в том, что автотрансформатор имеет одну обмотку, от которой сделаны выводы.


       Если автотрансформатор используется какпонижающий, то вся обмотка рассчитывается на напряжение сети U₁, в которую нужно подключить автотрансформатор. Один вывод обмотки считается общим и как правило обозначается цифрой 0. Вторичные напряжения U₁,U₂,..U_n берутся от выводов обмотки 1,2,3,…,n относительно к общему выводу.
       Если автотрансформатор используется как повышающий, то часть обмотки рассчитывается под напряжение сети U₁, а вывод делается от всей обмотки, на которой образуется вторичное напряжение U₂>U₁.
28.2. Электрическая схема автотрансформатора
       На Рис.28.1.а показана электромагнитная схема понижающего автотрансформатора.

Обмотка w₁ включается в электросеть с напряжением U₁ . Нагрузка (потребители) подключается к части витков w_2-1, w_2-2 ,…., w_2-n обмотки, на которых вторичное напряжение U_2-1, U_2-2 ,…., U_2-n пропорциональные количеству витков w_2-1, w_2-2 ,…., w_2-n.

   Напряжения для понижающего трансформатора U₁> U_2-1; U₁> U_2-2;…. ;U₁> U_2-n, соответственно для витков w₁>w_2-1; w₁>w_2-2;….. ;w₁>w_2-n.



Рис.28.1.Электромагнитная схема автотрансформатора,

а) понижающий, 6) повышающий.

       На Рис.28.1.б показана электромагнитная схема повышающего автотрансформатора. Так как для первичной цепи (сетевой) , w₁<w₂, следует, что U₁2, или U₂>U₁.

Это значит, что во вторичной цепи напряжение выше чем в первичной цепи.
       Автотрансформаторы проще по конструкции. Имеют стоимость ниже, чем трансформаторы, так как на их изготовление расходуется меньше медного провода и меньше трудозатрат при изготовлении обмоток.

Но есть существенный недостаток. Первичные цепи и вторичные цепи непосредственно имеют металлическую связь. Эта конструктивная особенность, во вторичных цепях, поддерживает потенциал первичной цепи, что во многих случаях, из-за требований безопасности и надежности, недопустимо.

По этой причине автотрансформаторы не получили широкого распространения, особенно в электронной отрасли производства.
Сварочные трансформаторы.

29.1. Общие определения.

Сварочный трансформатор предназначен для электрической сварки металлических деталей.

Особенностью работы этих трансформаторов является прерывистый режим работы с резкими переходами от холостого хода к короткому замыканию.

Для ограничения токов короткого замыкания при соприкосновении электродов сварочные трансформаторы строятся с большим индуктивным сопротивлением обмоток.

Рис.29.1. Общий вид сварочного трансформатора


Рис.29.2. Схема устройства сварочного трансформатора

На рисунке обозначены:

1 - первичная неподвижная катушка

2 - вторичная подвижная катушка

3 - подвижная траверса

4 - магнитопровод

5 - ходовой винт

6 - рукоятка

7 - электрод

8 - металлическая площадка для детали



Рис.29.3. Сварочный трансформатор со снятым кожухом

1 — сетевые зажимы для проводов; 2 — сердечник (магнитопровод); 3 — рукоятка регулирования тока; 4 — зажимы для подсоединения сварочных проводов; 5 — ходовой винт; 6 — катушка вторичной обмотки; 7 — катушка первичной обмотки; 8 — компенсирующий конденсатор

Катушки первичной обмотки сварочного трансформатора неподвижные и закреплены у нижнего ярма, катушки вторичной обмотки подвижные. Величину сварочного тока регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками.


Рис.29.4. Электрическая схема сварочного трансформатора
Наибольшая величина сварочного тока достигается при сближении катушек, наименьшая — при удалении. С ходовым винтом 5 связан указатель примерной величины сварочного тока. Точность показаний шкалы составляет 7,5 % от значения максимального тока. Отклонения величины тока зависят от подводимого напряжения и длины сварочной дуги. Для более точного замера сварочного тока должен применяться амперметр.

При повороте рукоятки 3 трансформатора по часовой стрелке катушки обмоток 6 и 7 сближаются, вследствие чего магнитное рассеяние и вызываемое им индуктивное сопротивление обмоток уменьшаются, а величина сварочного тока увеличивается. При повороте рукоятки против часовой стрелки катушки вторичной обмотки удаляются от катушек первичной обмотки, магнитное рассеяние увеличивается и величина сварочного тока уменьшается.
Трансформаторы снабжены емкостными фильтрами, предназначенными для снижения помех радиоприему, создаваемых при сварке
Коэффициент полезного действия трансформатора
25.1. Потери в трансформаторе

в соответствии с законом сохранения энергии потребляемая трансформатором мощность Р₁больше мощности, отданной им в нагрузкуР₂, так как при работе трансформатора (так же, как и любого преобразователя энергии) часть преобразуемой им элек­трической энергии неизбежно теряется.

При работе трансформато­ра на какую-либо нагрузку из питающей сети помимо полезной мощности Р₂потребляется мощность, идущая на покрытие потерь в стали магнитопроводаР_с и в проводах обмоток (потери в меди) Р_м.

Потери в стали магнитопровода на гистерезис и на вихревые токи зависят от частоты тока питающей сети и от магнитной индук­ции. Так как при работе трансформатора частота тока сети и ам­плитуда магнитной индукции неизменны, то потери в стали постоянны, не за­висят от нагрузки трансформатора и равны потерям х.х.: P_c= Р_0. Эти потери определяются из опыта х. х. трансформатора.
25.2. Коэффициент полезного действия трансформатора.
Коэффициент полезного действия трансформаторапредставля­ет собой отношение полезной мощности, отдаваемой трансформато­ром в нагрузку, к мощности, потребляемой им из первичной сети:


или

Практически к.п.д. трансформато­ров очень высок.

• 
  для трансформаторов малых мощностей (до 1000 ВА) η = 85 - 95 % ;
  
• 
  для трансформаторов больших мощностей η = 95 - 99,5%.
  

При любой величине и характере нагрузки трансформатора его полезная мощность можно определить по формуле:


где β - коэффициент нагрузки трансформатора

Р_2ном— номиналь­ная мощность трансформатора.

- коэффициент мощности трансформатора

Коэффициент нагрузки трансформатора определяется как отношение тока первичной обмотки при данной нагрузке к номинальному току первичной обмотки при номинальной нагрузке, т.е.


- первичной обмотки при выбранной нагрузке;

- номинальный ток первичной обмотки;
Подведенная мощность определя­ется кок сумма полезной мощности трансформатора и мощности потерь:

Р₁=Р₂+ƩР = Р₂ + Р₀ + Р_М.
Потери в меди Р_м зависят от тока (от нагрузки) и являются потерями переменными.

Эти потери определяются по формуле


где — потери в меди при номинальном токе.

Проведя математические преобразования получаем формулу для определения коэффициента полезного действия трансформатора:

или
На рис. 25.1 построены зависимости η, Ро иР_м от коэффици­ента нагрузки β, откуда видно, что зависимость имеет максимум.



Рис.25.1. Зависимость КПД и потерь трансформатора от коэффициента нагрузки.
Наибольшее значение коэффициента нагрузки β, при котором коэффициент полезного действия трансформатора η имеет максимальное значение определяется по формуле:


Следовательно, наибольший к. п. д. будет при такой нагрузке, при которой постоянные потери равны потерям переменным (Ро =Р_М).

Потери постоянные Р₀— это потери в стали,

Потери переменные Р_м— это потери в меди обмоток трансформатора,

Потери в стали определяются из опыта х.х., потери в обмот­ках— из опыта к. з. Номинальная мощность трансформатора ука­зана на его щитке, в паспорте и каталоге. Задаваясь значениями β и cosφ₂, можно вычислить к. п. д. трансформатора при любой на­грузке, не подвергая его непосредственным испытаниям.