.
Электротехника и электроника Классификация электрических цепей Законы Ома и Кирхгофа Энергетический баланс Активная, реактивная и полная мощности Электрические фильтры Трехфазный ток асинхронный двигатель Усилители постоянного тока

Физика решение задач

Трансформаторы

Принцип действия и устройство

Трансформатор это статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения без изменения частоты.

Трансформаторы в области электроэнергетики решают важнейшую техникоэкономическую задачу. На каждом этапе преобразования электроэнергии; при генерации, распределении, потреблении существует напряжение, при котором эти процессы происходят с минимальными издержками. Напряжение производства (генерации) электроэнергии 315 кВ; распределения до 500600 кВ; потребления 220660 В, реже 36 кВ. Трансформаторы, обладающие высоким КПД, порой превышающим 95 %, решают задачу преобразования уровня напряжения.

В области приборостроения трансформатор часто служит основой блока питания, обеспечивая требуемые напряжения для различных элементов аппаратуры. Наконец, во многих устройствах радиоэлектроники нужно обеспечить передачу сигнала без гальванической связи. Такая развязка также выполняется с применением трансформаторов.

Существуют и другие специальные области применения трансформаторов, например, сварочные трансформаторы, магнитные усилители, преобразователи числа фаз и т. д. В зависимости от конкретного применения трансформаторы строят мощностью от долей вольтампер до сотен мегавольтампер при частоте преобразуемого напряжения от десятков герц до десятков килогерц.

Трансформатор состоит из магнитопровода и расположенных на нем обмоток. Магнитопроводы (из технологических соображений обычно разборные) изготовляются из отдельных пластин специальной стали (для уменьшения потерь на вихревые токи) или магнитной керамики (ферриты).

По расположению обмоток на сердечнике трансформаторы разделяют:

1) на стержневые обмотки расположены на разных стержнях (рис. 7.1а);


2) броневые обмотки расположены на одном стержне (рис. 7.1б);


3) тороидальные чаще всего с ферритовым сердечником (рис. 7.1 в).

 Рис. 7.1

В электроэнергетике применяют в основном трехфазные трансформаторы. Мощные силовые трансформаторы, несмотря на высокий КПД, обеспечиваются специальными средствами охлаждения, вплоть до жидкостных.

Включение первичной обмотки на синусоидальное напряжение и1 (рис. 7.2) приводит к появлению тока i1, обусловливающего появление намагничивающей силы ( количество витков в первичной обмотке) и соответствующего магнитного потока Фо. Если сердечник не насыщен (работает в линейном режиме), то при синусоидальном напряжении ток, намагничивающая сила и поток также синусоидальны.


 Рис. 7.2

Магнитный поток делится на две части: одна часть, замыкающаяся по сердечнику, является общей для обеих обмоток, а другая, замыкающаяся вне магнитопровода, сцеплена только с первичной обмоткой. Часть потока, замыкающаяся вне магнитопровода (поток рассеяния Фp), на 12 порядка меньше общего магнитного потока (Фо) изза разницы магнитных сопротивлений магнитопровода и окружающих материалов. Синусоидальное изменение во времени каждой части магнитного потока вызовет появление противо ЭДС: 

   ; , (7.1)

где  и   число витков первичной и вторичной обмоток соответственно. Соответственно, для вторичной обмотки

 ; . (7.2)

Общий магнитный поток , где  круговая частота. При таких обозначениях получим мгновенное значение ЭДС

 . (7.3)

Действующее значение ЭДС находим по формуле

  . (7.4) 

Соответственно,

 

Коэффициент трансформации находим следующим образом:

 . (7.5)

В технике коэффициент трансформации приблизительно равен отношению чисел витков обмоток трансформатора, так как он вычисляется по формуле

, где на холостом ходу, изза наличия падений

напряжения на внутренних сопротивлениях первичной обмотки. Эти падения напряжения небольшие, так как ток холостого хода тоже небольшой.

Коэффициент трансформации основная характеристика трансформатора:

1) если , трансформатор понижающий;

2) если , трансформатор повышающий.

Режим холостого хода это режим, при котором , то есть нагрузка отсутствует, а  создает магнитный поток в магнитопроводе.

Задача 9. В схеме, показанной на рисунке, R1 = 5Ом, R2 = R3= = 3 Ом, R4 = R5 = 1 Ом. Определите силы токов в каждой ветви, если E= 10 В. Внутренним сопротивлением источника тока пренебречь.

Задача 10. Какое напряжение покажет вольтметр, включенный в схему (Рис.), если его внутреннее сопротивление 10 кОм. Е1 = Е2 = Е3 =10 В, R1 = 1 кОм, R2 = 2 кОм, R3 = 3 кОм. Источники тока – идеальные.

Задача 11. При замкнутом ключе К вольтметр V1 показывает напряжение 0,8ε (где ε – ЭДС батареи). Что покажут вольтметры V1 и V2 при разомкнутом ключе, если их сопротивления равны?

Задача 12. В электрической схеме, параметры элементов которой заданы на рис., определите токи, протекающие через диоды VD1 и VD2. Диоды и источники тока – идеальные.

Задача 13. Лампочки Л1 и Л2, имеют вольтамперные характеристики, показанные на рисунке. Лампочки соединяют последовательно и подключают к батарее с напряжением U = 6 В.

1. Определите ток, текущий через лампочку Л2.

2. Какой ток пойдет в цепи если эти лампочки соединить параллельно?

Задача 14. Вольтамперная характеристика идеального диода показана на рис. Какое сопротивление надо включить последовательно с диодом, чтобы при напряжении 10 В ток через диод был равен 0, 1 А?

Задача 15. Найдите сопротивление между точками А и В для схемы, показанной на рисунке. Диоды считать идеальными.

 

 

 


На главную