Нагруженный трансформатор – Трансформатор

Трансформатор

Компьютерная программа иллюстрирует принцип действия трансформатора.

Среди приборов переменного тока, нашедших широкое применение в технике, значительное место занимают трансформаторы. Принцип действия трансформаторов, применяемых для повышения или понижения напряжения переменного тока, основан на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор состоит из сердечника замкнутой формы из магнитомягкого материала, на который намотаны две обмотки: первичная и вторичная. Различают два режима работы трансформатора.

1. Трансформатор на холостом ходу (нагрузка отсутствует)

При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник концентрирует магнитное поле, так что магнитный поток существует практически только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях. В режиме холостого хода, то есть при разомкнутой цепи вторичной обмотки, ток в первичной обмотке весьма мал из-за большого индуктивного сопротивления обмотки. В этом режиме трансформатор потребляет небольшую мощность.

Если полную ЭДС индукции, возникающую в первичной обмотке (имеющей N1 витков) обозначить как ε1, а полную ЭДС индукции, возникающую во вторичной обмотке (N2 витков) как ε2, то имеет место следующее соотношение:

Активное сопротивление обмоток трансформатора мало, и им можно пренебречь. В этом случае модуль напряжения на зажимах катушки приблизительно равен модулю ЭДС индукции.

Величина K называется коэффициентом трансформации. При K > 1 трансформатор является понижающим, а при K < 1 – повышающим.

2. Работа нагруженного трансформатора

Если к концам вторичной обмотки присоединить нагрузку, потребляющую электроэнергию, то сила тока во вторичной обмотке уже не будет равна нулю. Появившийся ток создает в сердечнике свой переменный магнитный поток, который по правилу Ленца должен уменьшить изменения магнитного потока в сердечнике. Уменьшение амплитуды колебаний результирующего магнитного потока должно уменьшить и ЭДС индукции в первичной обмотке. Но это невозможно, так как модуль напряжения на зажимах первичной катушки по прежнему приблизительно равен модулю ЭДС индукции. Поэтому при замыкании цепи вторичной обмотки автоматически увеличивается сила тока в первичной обмотке. Его амплитуда возрастает таким образом, чтобы восстановить прежнее значение амплитуды колебаний результирующего магнитного потока. Мощность в первичной цепи при нагрузке трансформатора, близкой к номинальной, приблизительно равна мощности во вторичной цепи:

Отсюда:

Таким образом, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока (и наоборот).

Компьютерная программа моделирует два режима работы трансформатора.

  • Трансформатор на холостом ходу (ненагруженный).
  • Нагруженный трансформатор.

В режиме холостого хода модель позволяет проводить эксперимент, изменяя число витков первичной и вторичной обмотки трансформатора, напряжение на первичной обмотке (напряжение на вторичной обмотке изменяется автоматически, в соответствии с выбранными пользователем параметрами).

В режиме нагруженного трансформатора можно изменять число витков первичной и вторичной обмотки, напряжение на первичной обмотке, сопротивление нагрузки. Выводятся значения напряжения на вторичной обмотке, а также силы тока в первичной и вторичной обмотках.

files.school-collection.edu.ru

Чем отличается работа ненагруженного и нагруженного трансформаторов: краткое описание

Знаете ли вы, что существуют нагруженные и ненагруженные трансформаторы, работа которых значительно отличается? Имея понятие о том, в чем их разница, можно научиться контролировать мощность и напряжение электричества.

Во время работы с оборудованием происходят незначительные потери мощности. Поэтому, потребители получают не все 100% электроэнергии. Нагревается трансформатор, а также магнитопровод с обмотками. Разные конструкции имеют неодинаковые показатели.

Типы

Трансформатор работает только благодаря току. Меняется поступающее напряжение, чтобы не допустить взрыва электроприборов. Есть четыре вида подобных устройств:

  1. Силовой.
  2. Разделительный.
  3. Согласующий.
  4. Измерительный.

Силовой зачастую применяется для подключения к энергетической цепи. В таком случае может иметься больше двух мотков. Прибор бывает, как для бытовой сети, так и промышленной.

измерительный трансформатор

Особенность установки

Отличительными являются автотрансформаторы, которые имеют всего лишь один совмещенный моток.

Однофазовое и многофазовое оборудование имеет разную номинальную мощность. Диапазон составляет от 10 до 1000 кВА. Средние типы обладают мощностью 20-630 кВА. Параметрам свыше 1000 кВА понадобится установка высоких мощностей.

Основные режимы работы

Зависимо от силы сопротивления и нагрузки, у трансформаторов существует несколько режимов работы:

  1. Холостой ход.
  2. Короткое замыкание.

Обладая информацией о схеме замещения, можно исследовать нужные режимы работы трансформатора.

холостой ход трансформатора

Холостой ход

Когда переменный ток проходит по первичному мотку, во внутреннем стержне возникает магнитный поток с переменами, накаляющий электродвижущую силу индукции каждой обмотки. Сердечник контролирует магнитное поле, из-за чего поток присутствует только в сердечнике и равномерен во всех сечениях.

Режим холостого хода или разомкнутая цепь второй обмотки уменьшает ток из-за сопротивления мотка. В таком состоянии потребляется небольшая мощность.

Под нагрузкой

Состояние короткого замыкания – это режим, во время которого провода вторичного мотка замкнуты токопроводом, а сопротивление равно нулю. В эксплуатационном состоянии короткое замыкание активирует аварийный режим, потому что при таких обстоятельствах вторичный и первичный токи увеличиваются в 10-20 раз.

Поэтому, цепи с трансформаторами защищены автоматическим отключением.

Состояние короткого замыкания

Метод проведения опыта

Утраты холостого хода вычисляются во время настройки режима. Для подготовки к операции отключается подача тока в обмотку. Они остаются разомкнутыми. Далее цепи снабжаются электроэнергией, но только на первом контуре. Приспособление должно работать под установленным напряжением.

Сквозь первичный контур сварочной или силовой установки проходит ток под названием ХХ. Величина равна 3-9% от заданных показателей. При этом на мотке второстепенного контура нет подачи электроэнергии. На исходном контуре производится поток вектора магнитной индукции, который обеспечивает ток, пересекающий оборот двух обмоток. Также появляется электродвижущая мощность самоиндукции на первичном, а взаимоиндукция – на вторичных контурах.

Отличительные особенности работы нагруженного трансформатора

Кратко о том, какие качества выделяют нагруженные трансформаторные устройства.

При нагрузке, в отличии от холостого хода, к трансформаторному вторичному мотку присоединяется пользователь электроэнергии. Это замыкает начальную и второстепенную обмотку, после чего в них начинает проходить переменный ток, который увеличивает силу магнита в первичной и вторичной обмотке. Колебания магнитодвижущих сил обмоток практически не отличаются, максимум на 2-3 процента.

Магнитная сила вторичной обмотки устроена так, что практически полностью возмещает первичную. Колебание суммарной силы, действующая в магнитопроводе, равна двум-трем процентам от магнитной силы одной из обмоток. Поток накаляется под влиянием суммарной силы, из-за чего амплитуда потока не зависит от основного, вторичного мотка и примерно равна колебанию в холостом обороте.

Нагруженный трансформатор кроме главного магнитного потока обладает еще и рассеянным, который частично замыкается по воздуху. Потоки индуцируются в первом, а также втором мотке рассеяния электродвижущей силы.

Мощность первичной цепи во время нагрузки трансформатора примерно равняется мощности во вторичной. Увеличивая в несколько раз напряжение через трансформатор, во столько же понижается сила тока.

otransformatore.ru

Работа нагруженного трансформатора

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 7Следующая ⇒

Если к концам вторичной обмотки присоединить цепь, потребляющую электроэнергию, или, как говорят, нагрузить трансформатор - работа нагруженного трансформатора, то сила тока во вторичной обмотке уже не будет равна нулю. Появившийся ток создает в сердечнике свой переменный магнитный поток, который уменьшает изменения магнитного потока в сердечнике.
Но уменьшение амплитуды колебаний результирующего магнитного потока должно, в свою очередь, уменьшить ЭДС индукции в первичной обмотке. Однако это невозможно, так как |u1| ≈ |e1| . Поэтому при замыкании цепи вторичной обмотки автоматически увеличивается сила тока в первичной обмотке. Его амплитуда возрастает таким образом, чтобы восстановить прежнее значение амплитуды колебаний результирующего магнитного потока.

Увеличение силы тока в цепи первичной обмотки происходит в соответствии с законом сохранения энергии: отдача электроэнергии в цепь, присоединенную ко вторичной обмотке трансформатора, сопровождается потреблением от сети такой же энергии первичной обмоткой. Мощность в первичной цепи при нагрузке трансформатора, близкой к номинальной, приблизительно равна мощности во вторичной цепи:
U1I2 ≈ U1I2
U1/U2 ≈ I2/I1
Это означает, что, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока (и наоборот).
Трансформатор преобразует переменный электрический ток таким образом, что произведение силы тока на напряжение приблизительно одинаково в первичной и вторичной обмотках.

Внешняя характеристика – это зависимость напряжения на выводах трансформатора от тока, протекающего через нагрузку, подключенную к этим выводам, т.е. зависимость U2=f(I2) при U1=const. При изменении нагрузки (тока I2) вторичное напряжение трансформатора изменяется. Это объясняется изменением падения напряжения на сопротивлении вторичной обмотки I

2'z2 и изменением ЭДС E2'=E1 за счет изменения падения напряжения на сопротивлении первичной обмотки.

Холостой ход трансформатора представляет собой такой режим работы (предельный), когда его вторичная электрическая обмотка разомкнута (не соединена с электроцепью) и сила тока вторичной обмотки приравнивается нулю (то есть I2 = 0). Наблюдение работы холостого хода трансформатора позволяет определить действительный коэффициент трансформации, силу тока, реальные потери и электрическое сопротивление холостого хода трансформатора.

Отношение ЭДС обмотки высшего напряжения к ЭДС обмотки низшего напряжения называют коэффициентом трансформации: k= / =

/ .

Мощность холостого хода мощность, потребляемая трансформатором, когда он питается приноминальном первичном напряжении и номинальной частоте без нагрузки вторичной обмотки.

9. Выделяют три режима работы цепи:

· короткого замыкания

· нагрузочный режим (согласованный)

· режим холостого хода.

Согласованный (нагрузочный) режим работы

Любой приемник, подключенный к источнику электроэнергии в цепи, обладает определенным сопротивлением. Наглядным примером такого приёмника может быть электрическая лампочка. При наличии напряжения начинает действовать закон Ома. При этом электродвижущая сила источника тока складывается из суммы напряжения на внешних участках цепи и внутреннего сопротивления источника. Когда падает напряжение внешней цепи, это оказывает влияние на изменении напряжения на зажимах источника. А само падение напряжения зависит от сопротивления и силы тока. Иными словами, согласованный (нагрузочный) режим работы электрической цепи - это процесс передачи нагрузки, при котором мощность превышает номинальные показатели. Но использование такого режима нерационально, ведь при длительном превышении установленных заводом значений, приборы могут попросту прийти в негодность.

Режим работы холостого хода

В таком режиме работы электрическая цепь находится в незамкнутом состоянии. Попросту говоря, в цепи отсутствует электрический ток, следовательно, каждый элемент цепи не подключен к источнику тока. При таком положении падение напряжения во внутренней цепи равно нулю, а ЭДС источника равно напряжению на зажимах источника питания. Иными словами, при режиме холостого хода в цепи, не подключенной к электрическому току, отсутствует сопротивление нагрузки.

Режим короткого замыкания

Это тот режим работы, который смело можно назвать аварийным, т.к. обеспечение нормальной работы цепи при таком режиме становится невозможным, ведь ток короткого замыкания показывает высокие значения, которые превышают номинальные в несколько раз. Короткое замыкание появляется, когда происходит соединение двух разных точек электрической цепи, у которых отличается разница потенциалов. При таком положении цепи нарушается ее нормальная работа. При режиме короткого замыкания зажимы в источнике питания замыкаются проводником, сопротивление у которого равняется нулю. Зачастую такой режим возникает в тот момент, когда соединяются два провода, связывающие между собой источник питания и приёмник цепи. Их сопротивление, в основном, ничтожно мало, поэтому его можно приравнять к нулю. Из-за отсутствия сопротивления при режиме короткого замыкания ток превышает номинальные показатели в несколько раз. За счет этого источники питания и приёмники электрической цепи могут прийти в негодность. В ряде случаев это может возникнуть при неправильном обращении с электрическим оборудованием обслуживающего его персонала.

Баланс мощностейэто выражение закона сохранения энергии, в электрической цепи. Определение баланса мощностей звучит так:сумма мощностей потребляемых приемниками, равна сумме мощностей отдаваемых источниками. То есть если источник ЭДС в цепи отдает 100 Вт, то приемники в этой цепи потребляют ровно такую же мощность.

10. При включении обмотки статора в трехфазную сеть в магнитной системе двигателя возникает магнитное поле, вращающееся с синхронной частотой n1. Поле сцепляется обмоткой ротора и индуцирует в его стержнях электродвижущее силы, направление которых определяют по правилу «правой руки». Обмотка ротора замкнута, поэтому ЭДС, наведенные в стержнях этой обмотки, создадут в них токи. В результате взаимодействия токов в роторе с вращающимся полем статора на стержнях ротора создаются электромагнитные силы Fэм направление которых определяют по правилу «левой руки». Совокупность Fэм электромагнитных сил образует на роторе электромагнитный момент М,под действием которого ротор приводится во вращение с частотой n2 в направлении вращения магнитного поля статора. Вращение ротора через вал передается рабочему механизму. Таким образом электрическая энергия, поступающая из сети в обмотку статора, преобразуется в асинхронном двигателе в механическую энергию вращения.

Скольжение асинхронного двигателя может изменяться в диапазоне от 0 до 1, т. е. 0–100%. Если S≈0, то это соответствует режиму холостого хода, когда ротор двигателя практически не испытывает противодействующего момента, если S=1 – режиму короткого замыкания, при котором ротор двигателя неподвижен (n2=0). Скольжение зависит от механической нагрузки на валу двигателя и с её ростом увеличивается.Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называется номинальным скольжением. Для асинхронных двигателей малой и средней мощности номинальное скольжение изменяется в пределах от 0,08 до 0,02, т. е. 8–2%.

11.Принцип действия двигателя постоянного тока Кратко его можно сформулировать так: при подключении обмотки якоря возбужденного двигателя к источнику питания в ней возникает большой ток, называемый пусковым и превышающий в несколько раз его номинальное значение. Причем под полюсами возбуждения противоположной полярности направление токов в проводниках обмотки якоря так же противоположно, как показано на рисунке ниже. Согласно правилу "левой руки", на эти проводники действуют силы Ампера, направленные против часовой стрелки и увлекающие якорь во вращение. При этом в проводниках обмотки якоря наводится электродвижущая сила (противо-ЭДС), направленная встречно напряжению источника питания. По мере разгона якоря растет и противо-ЭДС в его обмотке. Соответственно, ток якоря уменьшается от пускового до величины, соответствующей рабочей точке на характеристике двигателя.

Чтобы повысить скорость вращения якоря, нужно либо увеличить ток в его обмотке, либо снизить противо-ЭДС в ней. Последнего можно добиться, уменьшив величину магнитного поля возбуждения путем снижения тока в обмотке возбуждения. Данный способ управления скоростью ДПТ получил широкое распространение.




infopedia.su

Трансформаторы - Класс!ная физика

Трансформаторы

Трансформаторы - это просто!

«Физика - 11 класс»

Назначение трансформаторов

Трансформатором называется электротехнические устройства с помощью которого осуществляется преобразование переменного тока, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности.

Впервые подобные устройства были использованы в 1878 г. русским ученым П.Н.Яблочковым для питания изобретенных им электрических свечей — нового в то время источника света.
Позднее эти устройства получили название трансфораторов.
Трансформатор Яблочкова состоял из двух цилиндрических катушек, надетых на стальной стержень, собранный из отдельных проволок.

Устройство трансформатора


Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника, собранного из пластин, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочными обмотками.
Одна из обмоток, называемая первичной, подключается к источнику переменного напряжения. Другая обмотка, к которой присоединяют нагрузку, т. е. приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторичной.
Условное обозначение трансформатора на электрических схемах

Трансформатор на холостом ходу

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции, открытым Майклом Фарадеем в 1831 году.
Явление электромагнитной индукции: при изменении тока в цепи первой катушки во второй катушке, расположенной рядом, возникает электрический ток.

При питании катушки от источника постоянного тока ток во второй катушке существует только в моменты изменения тока в первой катушке, а на практике - при замыкании и размыкании цепи первой катушки.
Для длительного существования тока необходио непрерывно изменять ток в первой катушке. А это возможно, если соединить ее с источником переменного напряжения. При синусоидальном характере тока в первой катушке ток во второй катушке будет также синусоидальным.

При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, которым возбуждается ЭДС индукции в витках каждой обмотки.
Сердечник из трансформаторной стали концентрирует магнитное поле так, что магнитный поток существует практически только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях.

Мгновенное значение ЭДС индукции е во всех витках первичной или вторичной обмотки одинаково.
Согласно закону Фарадея оно определяется формулой

е = -Ф'

где
Ф' — производная потока магнитной индукции по времени.

В первичной обмотке, имеющей N1 витков, полная ЭДС индукции

e1 = N1e

Во вторичной обмотке полная ЭДС индукции

e2 = N2e

где
N2 — число витков этой обмотки.

Отсюда следует, что

Обычно активное сопротивление обмоток трансформатора мало, и им можно пренебречь.
В этом случае модуль напряжения на зажимах первичной обмотки примерно равен модулю суммарной ЭДС индукции:

При разомкнутой вторичной обмотке трансформатора ток в ней не идет, и имеет место соотношение

Мгновенные значения ЭДС e1 и e2 изменяются синфазно, т.е. одновременно достигают максимума и одновременно проходят через ноль.
Поэтому их отношение можно заменить отношением действующих значений ЭДС и напряжений

Отношение напряжений на обмотках при работе трансформатора на холостом ходу (без нагрузки) называется коэффициентом трансформации - К.
Трансформаторы используются как для повышения напряжения, так и для понижения, т.е. могут быть повышающими и понижающими.
Если К>1, то трансформатор является понижающим,
если К, то трансформатор - повышающий.

Работа нагруженного трансформатора

Если к концам вторичной обмотки присоединить цепь, потребляющую электроэнергию, т.е. нагрузить трансформатор, то сила тока во вторичной обмотке уже не будет равна нулю.
Появившийся ток создаст в сердечнике свой переменный магнитный поток, который будет уменьшать изменения магнитного потока в сердечнике.

Уменьшение амплитуды колебаний результирующего магнитного потока не произойдет, так как

Поэтому при замыкании цепи вторичной обмотки автоматически увеличится сила тока в первичной обмотке.
Его амплитуда возрастет таким образом, что восстановится прежнее значение амплитуды колебаний результирующего магнитного потока.

Увеличение силы тока в цепи первичной обмотки происходит в соответствии с законом сохранения энергии: отдача электроэнергии в цепь, присоединенную к вторичной обмотке трансформатора, сопровождается потреблением от сети такой же энергии первичной обмоткой.

При подключении нагрузки ко вторичной цепи КПД трансформатора близок к 100%.
Мощность в первичной цепи при нагрузке трансформатора, близкой к номинальной, примерно равна мощности во вторичной цепи:

При повышении с помощью трансформатора напряжения в несколько раз, сила тока во столько же раз уменьшается (и наоборот).

Трансформатор преобразует переменный электрический ток таким образом, что произведение силы тока на напряжение примерно одинаково в первичной и вторичной обмотках

Чтобы уменььшить нагревание сердечника, его собирают из отдельных стальных пластин, которые изолируются друг от друга бумагой, лаком или окисью металла сердечника.
В трансформаторах малой мощности применяют круглые тороидальные сердечники из стальных колец или стальной ленты.
Для повышения КПД в трансформаторах обмотки высокого и низкого напряжения располагают на одних и тех же стержнях.
В радиотехнике обмотки часто наматываются на средний стерженьь.

При работе трансформатора обмотки нагреваются, для их охлаждения мощные трансформаторы помещают даже в баки с жидким маслом (масляные трансформаторы).

Трансформаторы широко используют в радиоаппаратуре, а также для передачи электроэнергии на большие расстояния в линиях электропередач, для этого строятся трансформаторные подстанции.

Источник: «Физика - 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин



Производство, передача и использование электрической энергии. Физика, учебник для 11 класса - Класс!ная физика

Генерирование электрической энергии --- Трансформаторы --- Производство, передача и использование электрической энергии

class-fizika.ru

Нагруженный трансформатор - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Нагруженный трансформатор

Cтраница 1


Нагруженный трансформатор со стороны первичной обмотки является, главным образом, активным сопротивлением. Однако он имеет и некоторое индуктивное сопротивление. Поэтому косинус фи у него меньше единицы, Для трансформаторов большой мощности величина косинуса фи имеет важное значение.  [2]

Нагруженный трансформатор ( рис. 8.90) с параметрами LI 0 5 Гн; rt 20 Ом; L2 0 6 Гн; М 0 5 Гн подключается к источнику гармонической ЭДС е - 100 sin lOOt В.  [3]

Нагруженный трансформатор внезапно подключается к источнику переменного напряжения неизменной амплитуды ( фиг.  [4]

Почему нагруженный трансформатор гудит. Какова основная частота звука, если трансформатор включен в промышленную сеть.  [5]

В нагруженном трансформаторе распределение магнитных потоков очень благоприятное.  [6]

При работе нагруженного трансформатора для определения чисел витков обмоток следует вычислить эдс с учетом падения напряжения в обмотках.  [7]

Векторная диаграмма нагруженного трансформатора ( рис. 10.5) наглядно показывает соотношение между параметрами трансформатора. Ввиду своей сложности эта диаграмма не может быть использована для практических расчетов.  [8]

При работе нагруженного трансформатора в нем имеют место магнитные и электрические потери.  [9]

Для отключения нагруженного трансформатора со стороны высокого напряжения установлен выключатель однополюсный - для однофазного трансформатора и трехполюсный-для трехфазного.  [10]

Из векторной диаграммы нагруженного трансформатора видно, что увеличение тока / 2 во вторичной цепи вызывает увеличение тока / 1; потребляемого из сети первичной обмоткой. Для ясности чертежа на векторной диаграмме ( рис. 11 - 6) активные и индуктивные падения напряжения в первичной и вторичной обмотках показаны преувеличенно большими. На самом деле они, составляют обычно не более нескольких процентов от U и U % соответственно.  [11]

Из векторной диаграммы нагруженного трансформатора видно, что увеличение тока / 2 во вторичной цепи вызывает увеличение тока / i, потребляемого из сети первичной обмоткой.  [12]

Может ли в нагруженном трансформаторе ток первичной обмотки быть равным или меньшим по значению тока холостого хода.  [13]

Электрическая схема, замещающая нагруженный трансформатор, должна при определенном напряжении 01 потреблять из сети такой же ток / ь как трансформатор.  [14]

Электрическая схема, замещающая нагруженный трансформатор, должна при определенном напряжении Ог потреблять из сети такой же ток / lt как трансформатор.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Трансформатор. Методические материалы

Цифровой ресурс может использоваться для обучения в рамках программы средней школы (профильного и углубленного уровней).

Компьютерная программа иллюстрирует принцип действия трансформатора.

Краткая теория

Среди приборов переменного тока, нашедших широкое применение в технике, значительное место занимают трансформаторы. Принцип действия трансформаторов, применяемых для повышения или понижения напряжения переменного тока, основан на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор состоит из сердечника замкнутой формы из магнитомягкого материала, на который намотаны две обмотки: первичная и вторичная. Различают два режима работы трансформатора.

1. Трансформатор на холостом ходу (нагрузка отсутствует)

При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник концентрирует магнитное поле, так что магнитный поток существует практически только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях. В режиме холостого хода, то есть при разомкнутой цепи вторичной обмотки, ток в первичной обмотке весьма мал из-за большого индуктивного сопротивления обмотки. В этом режиме трансформатор потребляет небольшую мощность.

Если полную ЭДС индукции, возникающую в первичной обмотке (имеющей N1 витков) обозначить как ε1, а полную ЭДС индукции, возникающую во вторичной обмотке (N2 витков) как ε2, то имеет место следующее соотношение:

Активное сопротивление обмоток трансформатора мало, и им можно пренебречь. В этом случае модуль напряжения на зажимах катушки приблизительно равен модулю ЭДС индукции.

Величина K называется коэффициентом трансформации. При K > 1 трансформатор является понижающим, а при K < 1 – повышающим.

2. Работа нагруженного трансформатора

Если к концам вторичной обмотки присоединить нагрузку, потребляющую электроэнергию, то сила тока во вторичной обмотке уже не будет равна нулю. Появившийся ток создает в сердечнике свой переменный магнитный поток, который по правилу Ленца должен уменьшить изменения магнитного потока в сердечнике. Уменьшение амплитуды колебаний результирующего магнитного потока должно уменьшить и ЭДС индукции в первичной обмотке. Но это невозможно, так как модуль напряжения на зажимах первичной катушки по прежнему приблизительно равен модулю ЭДС индукции. Поэтому при замыкании цепи вторичной обмотки автоматически увеличивается сила тока в первичной обмотке. Его амплитуда возрастает таким образом, чтобы восстановить прежнее значение амплитуды колебаний результирующего магнитного потока. Мощность в первичной цепи при нагрузке трансформатора, близкой к номинальной, приблизительно равна мощности во вторичной цепи:

Отсюда:

Таким образом, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока (и наоборот).

Работа с моделью

Компьютерная программа моделирует два режима работы трансформатора.

  • Трансформатор на холостом ходу (ненагруженный).
  • Нагруженный трансформатор.

В режиме холостого хода модель позволяет проводить эксперимент, изменяя число витков первичной и вторичной обмотки трансформатора, напряжение на первичной обмотке (напряжение на вторичной обмотке изменяется автоматически, в соответствии с выбранными пользователем параметрами).

В режиме нагруженного трансформатора можно изменять число витков первичной и вторичной обмотки, напряжение на первичной обмотке, сопротивление нагрузки. Выводятся значения напряжения на вторичной обмотке, а также силы тока в первичной и вторичной обмотках.

Рекомендации по применению модели

Данная модель может быть применена в качестве иллюстрации на уроках изучения нового материала в 11 классе по теме «Трансформатор». На примере этой модели можно рассмотреть с учащимися принцип действия трансформатора, его работу на холостом ходу и с нагрузкой.

Пример планирования урока с использованием модели

Тема «Трансформатор»

Цель урока: рассмотреть принцип действия трансформатора, ввести понятие холостого хода трансформатора, коэффициента трансформации.


п/п
Этапы урока Время,
мин
Приемы и методы
1 Организационный момент 2
2 Повторить основные понятия из темы «Электромагнитная индукция» 10 Фронтальный опрос
3 Объяснение нового материала по теме «Трансформатор» 20 Объяснение нового материала с использованием модели «Трансформатор»
4 Решение задач по теме «Трансформатор» 10 Фронтальная работа с использованием модели «Трансформатор»
5 Объяснение домашнего задания 3

Таблица 1. 

Примеры вопросов

  • Что можно сказать о магнитном потоке, пронизывающем первичную и вторичную обмотки трансформатора? Какая часть трансформатора это обеспечивает?
  • За счет чего трансформатор изменяет величину напряжения?
  • По данным модели определить коэффициент трансформации.
  • Определить повышающий трансформатор или понижающий.

files.school-collection.edu.ru

Ненагруженный трансформатор - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Ненагруженный трансформатор

Cтраница 1

Ненагруженные трансформаторы и автотрансформаторы 110 и 220 кВ с заземленной нейтралью следует отключать и включать, как правило, однополюсными отделителями или разъединителями, хотя эти операции допустимы также и трехполюсными аппаратами.  [1]

Ненагруженный трансформатор, как мы установили ранее, имеет в первичной обмотке только ток холостого хода г0 i - Как только вторичная обмотка трансформатора начинает нагружать-йя, ток f j становится больше тока г0 - к нему начинает добавляться ок i2, пересчитанный в первичную обмотку. Вообще в реальном натуженном трансформаторе невозможно отделить ток холостого хода ОТ тока первичной обмотки. Нам просто удобно считать, что ток холостого хода в нагруженном режиме никуда не пропадает, просто к нему в компанию добавляется ток реакции вторичной обмотки.  [2]

Ненагруженные трансформаторы и автотрансформаторы ПО и 220 кВ с заземленной нейтралью должны отключаться и включаться, как правило, однополюсными отделителями или разъединителями. Эти оперативные действия допустимы также трехполюсными отделителями и разъединителями.  [3]

Ненагруженные трансформаторы и автотрансформаторы 330 кВ и выше должны отключаться и включаться однополюсными разъединителями: Отключения и включения допустимы также трехполюсными разъединителями.  [4]

Поэтому мощные ненагруженные трансформаторы включают через дополнительные сопротивления, которые затем замыкают накоротко.  [5]

Отключение ненагруженных трансформаторов происходит, как правило, тогда, когда в трансформаторе протекает установившийся ток холостого хода и, следовательно, при испытании выключателей необходимо прежде всего воспроизвести отключение установившегося тока холостого хода.  [6]

Цепь ненагруженного трансформатора во многих случаях можно рассматривать как индуктивность L, а кабель, работающий без нагрузки, - как емкость С.  [7]

Например, ненагруженный трансформатор в схеме замещения в ряде случаев может быть представлен только своей индуктивностью.  [9]

Пофазное отключение ненагруженного трансформатора или автотрансформатора следует начинать со среднего полюса ( фазы В), после чего поочередно отключаются полюсы фаз А и С. Включение полюса фазы В следует производить последним.  [10]

Отключение разъединителями ненагруженных трансформаторов с присоединенными дугогасящими катушками во избежание появления значительных перенапряжений следует производить только после отключения дугогасящих катушек от нейтрали трансформаторов.  [11]

Перед отключением ненагруженного трансформатора или автотрансформатора его переключатель регулирования напряжения рекомендуется установить в положение, соответствующее номинальному напряжению. Переключатель последовательного регулировочного трансформатора должен быть установлен в нейтральное положение.  [12]

Пофазное отключение ненагруженного трансформатора или автотрансформатора начинают со среднего полюса ( фазы В), после чего поочередно отключают полюсы фаз А и С. Включение полюса фазы В следует производить последним.  [13]

Перед отключением ненагруженного трансформатора или автотрансформатора его переключатель регулирования напряжения рекомендуется установить в положение, соответствующее номинальному напряжению.  [14]

Пофазное отключение ненагруженного трансформатора или автотрансформатора следует начинать со среднего полюса ( фазы В), после чего поочередно отключаются полюса фаз А я С. Полюс фазы В следует включать последним.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о