Трансформаторы. Назначение, устройство. Физические процессы в трансформаторе при хх и кз. Основные уравнения трансформатора

Трансформатором называют статическое электро­магнитное устройство, имеющее две (или более) индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством явления электро­магнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока. Наибольшее применение в электротехнических установках, а также в энергетических системах передачи и распределения электроэнергии имеют силовые трансформаторы, посредством которых изменяют значения переменного напряжения и тока. При этом число фаз, форма кривой напряжения (тока) и частота остаются, неизменными. В зависимости от назначения трансформаторы разделяют на силовые трансформаторы общего на­значения и трансформаторы спец. назна­чения. Силовые трансформаторы общего назначения применяются в линиях передачи и распределения электроэнергии, а также в различных электро­устройствах для получения требуемого напряжения. Трансформаторы спец. назначения характеризуется разнообразием рабочих свойств и кон­структивного использования. К этим трансформаторам относятся печные и сварочные трансформаторы, трансформаторы для устройств автоматики, испытательные и измерительные трансформаторы и т. д.

Простейший силовой трансформатор состоит из магнитопровода (сердечника), выполненного из ферромагнитного материала, и двух обмоток, расположенных на стержнях магнитопровода. Одна из обмоток, которую называют первичной, присоединена к источ­нику переменного тока на напряжение U₁. К другой обмотке, называемой вторичной, подключен потребитель Zn. Первичная и вторичная обмотки трансформатора не имеют электрической связи друг с другом, и мощность из одной обмотки в другую передается электромагнитным путем. Магнитопровод, на кото­ром расположены эти обмотки, служит для усиления индуктив­ной связи между обмотками.

Принцип действия: Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока частоты f в витках этой обмотки протекает переменный ток i1 который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф1. Замыкаясь в магнитопроводе, этот поток сцепляется c обеими обмотками и индуктирует в первичной обмотки ЭДС самоиндукции, а во вторичной ЭДС взаимоиндукции. При подключении нагрузки ZН к клеммам вторичной обмотки под действием ЭДС взаимоиндукции в витках этой обмотки создается ток i2, а на клеммах вторичной обмотки устанавливается напряжение U2.

ХХ называют режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке (Zнг=беск, I2 = 0). В этом случае уравнения напряжений и токов принимают вид

Т.к. полезная мощность при работе трансформатора вхолостую равна нулю, то мощность на входе трансформатора в режиме хх расходуется на магнитные потери в магнитопроводе (потери на перемагничивание магнитопровода и потери, вызванные наведением вихревых токов) и электрические потери в первичной обмотке.

КЗ трансформатора – это такой режим, когда вторичная обмотка замкнута накоротко

(Zнг = 0), при этом вторичное напряжение U₂ =0. КЗ является аварийным режимом и представляет большую опасность для трансформатора при номинальном напряжении. Уравнения трансформатора для режима кз примут вид

Z_k – полное сопротивление трансформатора при кз. Большая часть потребляемой мощности трансформатора при кз идет на покрытие электрических потерь.

Уравнение напряжений для первичной цепи трансформатора

Уравнение напряжений для вторичной цепи трансформатора

Уравнение МДС трансформатора

Уравнение токов трансформаторе