Электротехника теория. Однофазные электрические цепи

• Название: Однофазные электрические цепи
• Анкор: Электротехника теория
• Дата: 17.09.2022
• Размер: 1.6 Mb.
• Имя файла: Elektrotekhnika_bilety.docx
• Тип: Документы; #681944
• страница: 5 из 10

Трансформаторы

36. Назначение трансформаторов.

Трансформаторы — электромагнитные статические преобразователи электрической энергии.Трансформаторами называются электромагнитные аппараты, служащие для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при той же частоте и для передачи электрической энергии электромагнитным путем из одной цепи в другую.

Основное назначение трансформаторов — изменять напряжение переменного тока. Трансформаторы применяются также для преобразования числа фаз и частоты. 

Трансформаторами тока называются аппараты, предназначенные для преобразования тока любой величины в ток, допустимый для измерений нормальными приборами, а также для питания различных реле и обмоток электромагнитов. Число витков вторичной обмотки трансформатора тока ω2 > ω1.

Особенностью трансформаторов тока является их работа в режиме, близком к короткому замыканию, так как их вторичная обмотка всегда замкнута на небольшое сопротивление.

Трансформаторами напряжения называются аппараты, предназначенные для преобразования переменного тока высшего напряжения в переменный ток низшего напряжения и питания параллельных катушек измерительных приборов и реле. Принцип действия и устройства трансформаторов напряжения аналогичен принципу работы силовых трансформаторов. Число витков вторичной обмотки ω2 < ω1, так как все измерительные трансформаторы напряжения – понижающего типа.

37.Устройство и принцип действия.

Т называют статический аппарат переменного тока, в котором одна система переменного тока преобразуется в другую систему переменного тока. Т применяют только в цепях переменного тока. Достигают 1250мВА по мощности, до 1050кВ по напряжению.

Т состоит из 2х основных частей. 1. стальной магнитопровод (из стальных листов 1мм изолированных друг от друга лаком, оксидированием) 2. Обмотки- выполнены

изолированными медными или алюминиевыми проводами. По числу обмоток бывают 2,3 или многообмоточные Т. Обмотку к торой подводят напряжение сети, называют первичной, а к которой присоединяют электроприемник, вторичной. По числу фаз – одно и трехфазные.

К первичной обмотке подводят переменное напряжение u1, под действием которого в первичной обмотке появляется переменный ток i1, создает магнитодвижущая сила(МДС) равная i₁ ẅ ₁. МДС создает магнитный поток Ф, замыкающийся в основном по магнитопроводу, т.к. магнитное сопротивление стали в сотни раз меньше магнитного сопротивления аоздуха, поток Ф тоже переменный, он оказывается сцепленным с обеими обмотками. Переменный поток Ф индуцирует в омотках ЭДС е1 – ЭДС самоиндукции в первичной обмотке е2-ЭДс взаимоиндукции во вторичной обмотке. u₁→ i₁ẅ ₁→Ф →e₁ ↔ e_2. Переменный поток изменяется по закону:

Ф=Ф_msinωt

По закону электромагнитной индукции он создает ЭДС, определяемую по формуле:

e= - ω dФ/dt

e₁= - ẅ ₁ dФ/dt=- ẅ₁ Ф_mωcosωt => e₁= E_m1sin(ωt-π/2)e₂= E_m2sin(ωt-π/2)

Т.к. на зажимах вторичной обмотки, имеем ЭДС е2, то вторичная обмотка становится источником электроэнергии и к ней можно присоединить приемник

Действующие значения

E₁=E_m1/√2=ẅ₁ωФ_m/√2=4.44f ẅ₁Ф_m E₂=E_m2/√2=ẅ₂ωФ_m/√2=4.44f ẅ₂Ф_m

f и Фm одинаковы для обеих обмоток=> различие между Е1 и Е2 обуславливается числом витков. Если ẅ₂>ẅ₁, то Е₁ >Е₂ и трансформатор повышающий. Если наоборот, то Т понижающий

На электростанциях генераторы имеют максимальное напряжение 24 кВ, для передачи электроэнергии на

большие расстояния, эти напряжения повышают с помощью трансформаторов до 110,220,330,500 кВ

Коэффициент трансформации Т называют отношение первичной ЭДС к вторичной

К= E₁/ E₂= ẅ₁/ ẅ₂

38.Холостой ход трансформатора

ХХТ -называют такой режим, при котором вторичная обмотка разомкнута, нагрузка отсутствует I₂=0

К первичной обмотке подводят номинальное напряжение.

U₁=U_1ном, I₁=I₀ – ток хх, составляет у Т средней и большой мощности (3...5)% от I_1ном. При таком маленьком токе можно пренебречь падением напряжения в обмотках, тогда по 2-му з-у К-фа для первичной обмотки :U₁= - E₁

U₁ изменяют от 0 до 1,1 U_1ном, измеряют ток I_0, мощность Р_0, напряжение U₁₀ и U₂₀. По данным опыта хх строят графические

зависимости. Из уравнения напряжений при хх, следует, что модуль I_0, Р₀=f(U₁) U₁= E₁₌4.44f ẅФ_m=c_eФ_m

Напряжение U₁ и магнитный поток изменяются линейно, тогда зависимость

I₀ =f(U₁)=f(Ф_m)- кривая намагничивания . Полезная мощность в режиме хх равна нулю, вся мощность измеренная

ваттметром представляет собой мощность потерь энергии в Т. I₂=0, I₀→0, поэтому потери энергии на нагрев обмоток равны 0. И вся мощность –потери энергии в магнитопроводе, обусловленные гистерезисом и вихревыми токами. Эти потери квадрату магнитного потока

39,40.Работа трансформатора под нагрузкой.

Т.к. на зажимах вторичной обмотки индуцируется ЭДС е₂, то к ней можно присоединить нагрузку вторичной обмотки.

Возникает I₂, он создает магнитный поток Ф₂, который в основном замыкается по магнитопроводу .

В режиме нагрузки Ф_0т ≈ const

Поток Ф₂ складывается с

основным потоком Ф₀, и суммарный поток Ф₀+ Ф₂≠ Ф_0. В первичной обмотке индуцируется ЭДС. Е₁≠ Е₁₀ . Под действием доп ЭДС в первичной обмотке появляется компенсирующий ток I_1k I₁= I₀+ I_1k т.е I₁>I₀

I₁к создает Ф1к=Ф2, по направлению противоположен Ф2, т.о. при U=const суммарный Ф остается постоянным, так происходит передача электроэнергии из первичной во вторичную обмотку,

не связанную с ней электрически. Сначала электрическая энергия преобразуется в энергию магнитного поля, а затем энергия магнитного поля снова преобразуется в электрическую энергию

41.Уравнения МДС
Соотношение между токами первичной и вторичной цепей при нагруженном трансформаторе определяется уравнением равновесия МДС, причем МДС первичной и вторичной обмоток направлены встречно, и результирующая МДС будет определяться величиной тока ХХ:

 , (1.9)

Здесь:

 - МДС первичной обмотки нагруженного трансформатора;

 - МДС вторичной обмотки нагруженного трансформатора;

 - МДС при ХХ обмотке нагруженного трансформатора.

Составляющая   , наводит в магнитопроводе трансформатора основной магнитный поток Ф, а составляющая   уравновешивает МДС вторичной обмотки   .

Основной магнитный поток Ф наводит во вторичной обмотке трансформатора ЭДС e2, а согласно правилу Ленца ток i2 вторичной обмотки создает МДС  , направленную встречно потоку Ф, т.е.находящуюся с ним в противофазе и стремящуюся ослабить этот поток.

При активно-индуктивной нагрузке, когда   , ток   отстает по фазе от ЭДС   вторичной обмотки на уголΨ2. В этом случае реактивная индуктивная составляющая   оказывает на магнитопровод трансформатора размагничивающее действие.

При активно - емкостной нагрузке трансформатора   , ток нагрузки   опережает ЭДС   по фазе на уголΨ2. Реактивная (емкостная) составляющая МДС вторичной обмотки   совпадает по фазе с основным магнитным потоком   и подмагничивает магнитопровод трансформатора

 

а) б)

Рис.1.4. Векторные диаграммы МДС трансформатора при активно- индуктивной (а) и активно- емкостной (б) нагрузках

42.Приведение вторичной обмотки к первичной

Для упрощения расчетов цепей с Т, вторичную обмотку приводят к первичной. Приведенной вторичной обмоткой называют число витков ẅ₁= ẅ₂. Параметры приведенной обмотки: