Режим короткого замыкания

В режиме короткого замыкания, на первичную обмотку трансформатора подаётся переменное напря- жение небольшой величины, выводы вторичной обмотки соединяют накоротко. Величину напряжения на входе устанавливают такую, чтобы ток короткого замыкания равнялся номинальному (расчётному) току трансформатора. В таких условиях величина на- пряжения короткого замыкания характеризует потери в обмотках трансформатора, потери на омическом сопротивлении. Напряжение короткого замыкания (определяется в % от номинального напряжения), полученное с помощью опыта короткого замыкания является одним из важных параметров трансформатора. Мощность потерь можно вычислить, умножив напряжение короткого замыкания Ukz на ток короткого замыкания Ikz.

Данный режим широко используется в измерительных трансформаторах тока.

Режим нагрузки

При подключении нагрузки к вторичной обмотке во вторичной цепи возникает ток нагрузки, создающий магнитный поток в магнитопроводе, направленный противоположно магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. В результате в первичной цепи нарушается равенство ЭДС индукции и ЭДС источника питания, что приводит к увеличению тока в первичной обмотке до тех пор, пока магнитный поток не достигнет практически прежнего значения. Схематично, процесс преобразования можно изобразить следующим образом:

U₁ → I₁ → I₁ · N₁ → Φε₂ → I₂

Мгновенный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора определяется интегралом по време- ни от мгновенного значения ЭДС в первичной об- мотке и в случае синусоидального напряжения сдви- нут по фазе на 90° по отношению к ЭДС. Наведённая во вторичных обмотках ЭДС пропорциональна пер- вой производной от магнитного потока и для любой формы тока совпадает по фазе и форме с ЭДС в первичной обмотке.

Применение

Наиболее часто трансформаторы применяются в электросетях и в источниках питания различных приборов.

Поскольку потери на нагревание провода пропорциональны квадрату тока, проходящего через провод, при передаче электроэнергии на большое расстояние выгодно использовать очень большие напряжения и небольшие токи. Из соображений безопасности и для уменьшения массы изоляции в быту желательно использовать не столь большие напряжения. Поэтому для наиболее выгодной транспортировки электроэнергии в электросети многократно применяют силовые трансформаторы: сначала для повышения напряжения генераторов на

электростанциях перед транспортировкой электроэнергии, а затем для понижения напряжения линии электропередач до приемлемого для потребителей уровня.

Поскольку в электрической сети три фазы, для преобразования напряжения применяют трёхфазные трансформаторы, или группу из трёх однофазных трансформаторов, соединённых в схему звезды или треугольника. У трёхфазного трансформатора сердечник для всех трёх фаз общий.

Несмотря на высокий КПД трансформатора (для трансформаторов большой мощности — свыше 99 %), в очень мощных трансформаторах электросетей выделяется большая мощность в виде тепла (например, для типичной мощности блока электростанции 1 ГВт на трансформаторе может выделяться мощность до нескольких мегаватт). Поэтому трансформаторы электросетей используют специальную систему охлаждения: трансформатор помещается в баке, заполненном трансформаторным маслом или специальной негорючей жидкостью. Масло циркулирует под действием конвекции или принудительно между баком и мощным радиатором. Иногда масло охлаждают водой. «Сухие» трансформаторы используют при относительно малой мощности.

По назначению трансформаторы делятся на силовые, измери­тельные и специальные.

Силовые трансформаторы служат для питания электропрнбор — ных, осветительных, электротермических и других устройств. Чаще всего они являются понижающими трансформаторами. Например, в авиационном оборудовании силовые трансформаторы преобразу­ют напряжения 200 или 115 в частоты 400 гц в напряжения 36 или 28 в той же частоты. Мощность данных трансформаторов от 50 до 6000 ва, а к. п. д. 0,92—0,98.

К измерительным трансформаторам относятся трансформаторы тока и напряжения. Они применяются в установках переменного тока для включения контрольно-измерительных приборов и реле. Измерительные трансформаторы должны иметь постоянный коэф­фициент трансформации при всех режимах работы и постоянный сдвиг по фазе (180°) между векторами вторичного тока (напря­жения) и первичного тока (напряжения).

Специальные трансформаторы находят применение в системах автоматического регулирования. Например, в схемах угольных ре­гуляторов напряжения используются стабилизирующие трансфор­маторы. В высокочастотных цепях радиоустройств (/>10 000 гц) применяются специальные воздушные трансформаторы.

В зависимости от числа фаз трансформаторы могут быть одно­фазные (рассмотрены ранее) и трехфазные.

Авиационные трехфазные трансформаторы изготовляются трех — стержневымн, на которых расположены три первичные (по числу фаз) и три вторичные обмотки. Обмотки высокого и низкого на­пряжения обычно соединяются в звезду. При этом нулевые точки обмоток высокого напряжения изолируются или соединяются с корпусом самолета.

Заключение

Для питания разных узлов электроприборов требуются самые разнообразные напряжения. Блоки электропитания в устройствах, которым необходимо несколько напряжений различной величины, содержат трансформаторы с несколькими вторичными обмотками или содержат в схеме дополнительные трансформаторы. Например, в телевизоре с помощью трансформаторов получают напряжения от 5 вольт (для питания микросхем и транзисторов) до нескольких киловольт (для питания анода кинескопа через умножитель напряжения).

В прошлом в основном применялись трансформаторы, работающие с частотой электросети, то есть 50-60 Гц.

В схемах питания современных радиотехнических и электронных устройств (например в блоках питания персональных компьютеров) широко применяются высокочастотные импульсные трансформаторы. В импульсных блоках питанияпеременное напряжение сети сперва выпрямляют, а затем преобразуют при помощи инвертора в высокочастотные импульсы. Система управления с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) позволяет стабилизировать напряжение. После чего импульсы высокой частоты подаются на импульсный трансформатор, на выходе с которого, после выпрямления и фильтрации получают стабильное постоянное напряжение.

В прошлом сетевой трансформатор (на 50-60 Гц) был одной из самых тяжёлых деталей многих приборов. Дело в том, что линейные размеры трансформатора определяются передаваемой им мощностью, причём оказывается, что линейный размер сетевого трансформатора примерно пропорционален мощности в степени 1/4. Размер трансформатора можно уменьшить, если увеличить частоту переменного тока. Поэтому современные импульсные блоки питания при одинаковой мощности значительно легче.

Трансформаторы 50-60 Гц, несмотря на их недостатки, продолжают использовать в схемах питания, в тех случаях, когда надо обеспечить минимальный уровень высокочастотных помех, например при высококачественном звуковоспроизведении.

Литература

· Сапожников А. В. Конструирование трансформаторов. М.: Госэнергоиздат. 1959.

· Пиотровский Л. М. Электрические машины, Л., «Энергия», 1972.

· Web-сайт: wikipedia.org

· Web-сайт: ooobskspetsavia.ru