Коэффициент трансформации. Назначение и принцип действия трансформатора.

В трансформаторе первичная обмо­т­ка с числом витков N₁сопротивлениемГ₁под­­ключается к источнику пе­ре­менного то­ка с напряжениемU₁. К клеммам вто­рич­ной обмотки с числом витковN₂под­клю­чается нагрузка с сопротивлениемГ₂, по­требляющая энергию. Обмотки нави­ты на один и тот же сердечник, являющийся об­щим магнитопроводом с потоком Ф_В.

От­ношение напряжения сети к на­пря­же­нию на нагрузке называется коэф­фи­ци­ен­том трансформации: K=U₂/U₁. При K> 1 трансформатор –повышающий; при K< 1 трансформатор – понижающий.

,

(6)

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора зависит от соотношения числа витков, знак минус говорит о том, переменные напряжения в обмотках противоположны по фазе.

Полученные соотношения применимы только к идеальному трансформатору. Причины потерь в реальном трансформаторе:

- активное сопротивление обмоток;

- индукционные токи в сердечнике (токи Фуко);

- перемагничивание ферромагнитного материала сердечника.

1…2%), запишем равенство передаваемых мощностей на обмотках~Пренебрегая потерями энергии в реальном трансформаторе

, (7)

т.е. токи и напряжения в обмотке трансформатора обратно пропорциональны.

K > 1: повышающий трансформатор, N₂ > N₁, U₂ > U₁, I₂ < I₁,

K < 1: понижающий трансформатор, N₂ < N₁, U₂ < U₁, I₂ > I₁.

Трансформатор, состоящий из одной обмотки, называется автотрансформа­то­ром(для понижающего автотрансформатора энергия подводится ко всей обмотке, а снимается с части обмотки).

Рис. 7.

Условная схема высоковольтной линии передачи электроэнергии.

При передаче энергии для уменьшения потерь на нагревания проводов необходимо уменьшить силу тока в линии передачи (Q~I²Г), и, следовательно, увеличить напряжение. Обычно линии электропередачи строятся в расчете на напряжение 400…500 кВ, при этом в линиях используется трехфазный ток частотой 50 Гц. При повышении напряжения в линиях передачи увеличиваются утечки энергии через воздух. В сырую погоду вблизи проводов линии может возникнуть коронный разряд, который можно обнаружить по характерному потрескиванию. КПД линии передач не превышает 90 %.

Трансформа́ тор (от лат. tгansfoгmo — преобразовывать) — электрическая машина, состоящая из набора индуктивно связанных обмоток на каком-либо магнитопроводе или без него и предназначенный для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока без изменения частоты систем(системы) переменного тока.

Трансформатор осуществляет преобразование напряжения переменного тока и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения — электроэнергетике, электронике и радиотехнике.

Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.

Уравнения идеального трансформатора

Идеальный трансформатор — трансформатор, у которого отсутствуют потери энергии на нагрев обмоток и потоки рассеяния обмоток. В идеальном трансформаторе все силовые линии проходят через все витки обеих обмоток, и поскольку изменяющееся магнитное поле порождает одну и ту же ЭДС в каждом витке, суммарная ЭДС, индуцируемая в обмотке, пропорциональна полному числу её витков. Такой трансформатор всю поступающую энергию из первичной цепи трансформирует в магнитное поле и, затем, в энергию вторичной цепи. В этом случае поступающая энергия равна преобразованной энергии:

Где

P1 — мгновенное значение поступающей на трансформатор мощности, поступающей из первичной цепи,

P2 — мгновенное значение преобразованной трансформатором мощности, поступающей во вторичную цепь.

Соединив это уравнение с отношением напряжений на концах обмоток, получим уравнение идеального трансформатора:

Таким образом получаем, что при увеличении напряжения на концах вторичной обмотки U2, уменьшается ток вторичной цепи I2.

Для преобразования сопротивления одной цепи к сопротивлению другой, нужно умножить величину на квадрат отношения.[10] Например, сопротивление Z2 подключено к концам вторичной обмотки, его приведённое значение к первичной цепи будет . Данное правило справедливо также и для вторичной цепи: .

Устройство однофазного трансформатора с сердечником из электротехнической стали

Условные графические обозначения трансформаторов: однофазного (1, 2, 3) и трехфазного (4, 5, 6)

Коэффициент трансформации – это отношение ЭДС обмоток, равное отношению чисел витков обмоток. Приблизительно можно считать коэффициент трансформации равным отношению действующих значений напряжений обмоток:

или

где Е1 и Е2 – действующие значения ЭДС первичной и вторичной обмоток;

w1 и w2 – числа витков первичной и вторичной обмоток;

Фm – амплитудное значение магнитного потока.

Сигнальные однофазные трансформаторы (табл. 1) с естественным охлаждением применяют для электропитания ламп светофоров. Эти трансформаторы подключаются к питающей сети частотой 50 Гц.
Таблица 1. Основные параметры сигнальных трансформаторов

Окончание табл. 1

Включены последовательно.
В табл. 1 также включен трансформатор СКТ-1 для питания контрольной цепи двухпроводной схемы управления стрелочным электроприводом (используется в пусковых стрелочных блоках ПС-110 и ПС-220). Данные в числителе — для напряжения 110 В, в знаменателе — для 220 В.


Рис. 2. Схемы обмоток сигнальных трансформаторов
Обозначение сигнальных трансформаторов расшифровывается так: первая буква С — сигнальный, Т — трансформатор, О — однофазный, Б — броневой, последняя буква С — сухой; первая цифра — порядковый номер типа, А — видоизменение, У — климатическое исполнение, 3 — категория размещения.
Трансформаторы СТ-4, СТ-5, СТ-6 (рис. 2) выпускают взамен трансформаторов СТ-2А, СТ-3 и СТ-ЗА.
Подключение сигнальных трансформаторов к питающей сети выполняется в соответствии с табл. 2

Таблица 2. Зажимы подключения трансформаторов к питающей сети

* Без скобок для СТ-4, в скобках — для СТ-5.
Таблица 3. Напряжение на вторичных обмотках трансформаторов СТ-4, СТ-5, СТ-6, СОБС-2 и СОБС-ЗАУЗ

Окончание табл 3

В числителе указаны напряжения на холостой ходу, в знаменателе — при номинальной нагрузке. Допускается отклонение напряжений на вторичных обмотках трансформаторов ±5%.
напряжение на вторичных обмотках трансформаторов приведено в табл. 3.
Напряжение на вторичных обмотках трансформатора СОБС-2АУЗ следующее:
Выходные зажимы III—112 III1—III2 IVI—IV2
Напряжение, В 14, 83/13, 9 14, 83/13, 9 4, 3/4
Продолжение вывода Выходные зажимы IV2—IV3 VI—V2 V2—V3 V3—V4 Напряжение, В 2, 3/2, 15 2, 3/2, 15 1, 02/0, 95 1, 02/0, 95
Трансформаторы предназначены для работы при температуре окружающей среды ±40 °С.

Путевые и релейные однофазные трансформаторы (табл. 1) с естественным охлаждением применяют в рельсовых цепях и других устройствах железнодорожной автоматики.
Таблица 1. Основные параметры путевых и релейных трансформаторов

включены последовательно.
* В числителе — для параллельно включенных первичных обмоток, а

знаменателе — для последовательно включенных.

Рис. 1. Схемы обмоток путевых и релейных трансформаторов

Обозначение путевых трансформаторов расшифровывается так: П — путевой; О — однофазный; Б — броневой; С — сухой; Р — релейный; Т — трансформатор; И — для импульсных рельсовых цепей; 1, 2, 3, 5 — порядковые номера типа; 25 — частота, Гц; А — видоизменение; У — климатическое исполнение; 3 — категория размещения.
Трансформаторы ПОБС-2АУЗ, ПОБС-ЗАУЗ, ПОБС- 5АУЗ, ПТ-25АУЗ (рис. 1) выпускаются взамен ПОБС-2, ПОБС-3, ПОБС-5, ПРТ-25 и ПТ-25, трансформаторы РТЭ-1А и ПТМ-А — взамен трансформаторов РТЭ-1 и ПТМ.

Таблица 3. Напряжения на вторичных обмотках трансформаторов ПОБС-2АУЗ, ПОБС-ЗАУЗ, ПОБС-5АУЗ, ПРТ-АУЗ, ПТ-25АУЗ, ПТИУЗ

Подключение путевых трансформаторов к питающей сети выполняется в соответствии с табл. 2, напряжение на вторичных обмотках трансформаторов приведено в табл. 7.3.
Напряжения на вторичных обмотках трансформатора ПТМ-А на холостом ходу приведены ниже:
Выходные зажимы 3-4 4-5 6-7 7-8
Напряжение, В 4, 8 2, 3 0, 66 0, 33
Допускается отклонение напряжений на вторичных обмотках трансформаторов на ±5%.