Трансформаторы: уравнение обмотки, рабочие режимы, холостой ход, конструкция, магнитные материалы, электрические провода и изоляция (63295)

Посмотреть архив целиком

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники”


Кафедра защиты информации










РЕФЕРАТ

на тему:

«Трансформаторы: уравнение обмотки, рабочие режимы, холостой ход, конструкция, магнитные материалы, электрические провода и изоляция»












МИНСК, 2009


Формула трансформатора. ЭДС. Уравнение равновесия для первичной обмотки


Рисунок 1 - Трансформатор


U1(t)= U1msin(ω1t) (1)

ω1=2πf (2)

Считаем, вторичная обмотка разомкнута (нет нагрузки). На первичную действует U1(t). В цепи возникает ток:

U1(t)=U1 => i10 => F10= i10* W1 => H10=F10/lср => В10 =μ* H10 (электромагнитная индукция). => Qc* В10 = Ф10 => ψ= W1* Ф10 => Ф10S => ψ=W1* Ф10, где Ф10 – магнитный поток; Ф10S – поток рассеивания.

Изменяющийся во времени магнитный поток приводит к возникновению ЭДС

=> = -W1* = e10(t) (3)

=>-W1*= e10(t): (4)

должны уравновешиваться.

Пока не будет уравновешено, этот процесс будет продолжаться. Приведенная зависимость электрических и магнитных процессов соответствует линейному режиму работы магнитопровода. В реальных трансформаторах такой режим является лишь приближением к реальности. В реальных трансформаторах необходимо считаться с неравенством «0» падения напряжения на сопротивлении проводов. В первичной обмотке трансформатора при i10 падение напряжения = r1*i10. В установившемся режиме для цепи первичной обмотки трансформатора справедливо уравнение равновесия:

U1(t) + e10(t) + e10S(t)= i10(t)*r1 (5)

U1(t)= -e10(t) - e10S(t) + i10(t)*r1 (6)

Этому уравнению можно поставит в соответствие:

(7)

Рассмотрим режим, соответствующий отсутствию тока во вторичной обмотке. В этом случае все магнитные процессы определяются только электрическими процессами в первичной обмотке => e20(t) – в режиме ХХ.

(8)

(9)

n – коэффициент трансформации.

Т.к. U1(t) – синусоидально, то и отклик в виде ЭДС, и падение напряжения, и Ф10 также изменются по гармоническому закону.

Ф10(t)= Ф10m*sin(ωt) (10)

=-W1Ф10m(2πf)cos(ωt)=

=|cos(ωt)=-sin(ωt-π/2)|=2πfW1Ф10msin(ωt-π/2) (11)

E10m=2πfW1 Ф10m (12)

E10= E10m/ (13)

E10=√2*πfW1 Ф10m (14)

E10=4,44*f*W1* Ф10m (15)

Формула трансформатора ЭДС

U1(t)≈-e10(t) (16)

n= E10/ E20U1/ U2 (17)


Режим ХХ трансформатора


Режим ХХ трансформатора рассмотрим на практическом режиме отключения нагрузки. В этом режиме путем проведения специальных измерений (опыт ХХ) могут быть оценены важные технико-эксплуатационные параметры трансформатора. Анализ режима ХХ позволяет выявить основные физические процессы в трансформаторе, знание которых важно для других режимов.


Рисунок 2 – Электрическая схема трансформатора


U1(t)хх= -е10(t)- е10S(t)+ i10(t)*r1 (18)

В режиме ХХ трансформатор подключается под номинальное напряжение, то напряжение, при котором предусматривается работа трансформатора:

(19)

Для дальнейшего рассмотрения и составления электрической модели трансформатора удобно ЭДС E10S за счет рассеяния трактовать как падение напряжения на чисто реактивном сопротивлении индуктивности рассеяния в цепи первичной обмотки jI10X0.Тогда:

(20)

Для построения векторной диаграммы за точку отправления возьмем направление вектора магнитного потока

Рисунок 3 – Пример векторной диаграммы


При действии в магнитном проводнике переменного магнитного потока совершается работа по перемагничиванию реального магнитного материала (явление гистерезиса) и расходуется энергия на нагревание сердечника, возникающее в нем из-за появления вихревых токов (токов Фуко). В этой связи I10xx имеет две составляющих:

- активную (отражает потери на гистерезис и вихревые токи)

- составляющую в виде тока намагничивания Iμ, которую создает основной магнитный поток.

Пользуясь представленным выше уравнением (20) и поясняющей его векторной диаграммой трансформатора на ХХ (Рисунок 3), можно поставить в соответствие следующую его схему замещения (эквивалентную схему, электрическую модель трансформатора).



Рисунок 4 – Эквивалентная схема замещения трансформатора

Приведенная эквивалентная схема является строгим электрическим аналогом реального трансформатора, если должным образом определены величины сопротивлений:

r1, x1, r0, x0.

Эта схема позволяет производить все электрические расчеты токов, U, P, углов запаздывания и т.д.


Рабочий режим трансформатора: уравнение равновесия намагничивающих сил (УРНС)


В рабочем режиме трансформатор подключен под полное номинальное напряжение.


Рисунок 5 – Электрическая схема трансформатора


E2=> I2=> F2 => Ф2↔Ф(t) =>

Совокупный магнитный поток и совокупная магнитная сила определяется как результат взаимодействия Ф1 и Ф2 и F1 и F2.

(21)

(22)

Можно убедиться, что при любом рабочем режиме суммарная намагничивающая сила первичной и вторичной обмотки должна быть точно такой же как и в режиме ХХ. В таком случае, для рабочего режима трансформатора справедливо следующее уравнение равновесия намагничивающих сил (УРНС):

F1+F2= F10 (23)

I1*W1+ I2*W2=W1*I10 (I10ток ХХ) (24)

Удобно найти из этого уравнения значение I1, выраженное через I2, и являющееся техническим параметром трансформатора I10 (ток ХХ).

I1= I10- I2 (W1/W2) = I10- I′2 (25)

где I′2= I2/n, где n=W1/W2.

I1= I10- I2 (УРНС). (26)

УРНС позволяет наметить Т-образную схему замещения трансформаторов.


Рис 7 – Т-образная схема замещения трансформатора


Физические процессы в трансформаторе в рабочем режиме наглядно поясняет векторная диаграмма, соответствующая УРНС, которое удобно записать в форме:

→ → →

I1*W1= W1*I10 - I2* W2 (27)

Рисунок 8 – Векторная диаграмма работы трансформатора



Рабочий режим трансформатора: эквивалентная схема


При формировании эквивалентной схемы необходимо обеспечить ее преемственность в схеме замещения трансформатора для ХХ. Кроме того, поиск схемы замещения будем осуществлять с учетом выявленной ранее возможности построения Т-образной эквивалентной схемы трансформатора.


Рисунок 9 – Эквивалентная схема трансформатора в рабочем режиме


Эквивалентную схему можно построить, пользуясь следующими уравнениями:

(уравнение электрического воздействия) (28)

(29)

Рабочий режим трансформатора: векторная диаграмма при нагрузке индуктивного характера


Рисунок 10 - Векторная диаграмма при нагрузке индуктивного характера


отстает от на 90

отстает от его задающего тока на угол запаздывания α. Ток отстает от создающей его ЭДС =.

переносим параллельно вверх к для построения . Переносим вверх, получаем -. -вектор параллельный . Повернем его на 90 получаем j.


Рабочий режим трансформатора: векторная диаграмма при емкостном характере нагрузки


Рисунок 11 - Векторная диаграмма при емкостном характере нагрузки


Изменится , он не отстает от , а идет впереди.

Элементы схемы замещения трансформатора оценивают по данным измерений, выполняемым при проведении специально организованных опытов ХХ и КЗ.


Опыт холостого хода



Рисунок 12 – Схема проведения опыта ХХ

(30)

==n (31)

-потери в стали.



а) б)

Рисунок 13 - Эквивалентная схема трансформатора на ХХ.


= (32)

== (33)

= (34)

= (35)

= (36)

= (37)

(38)


Опыт КЗ


В отличие от ХХ нельзя проводить при номинальном входном напряжении т.к. КЗ – аварийный режим.

При проведении опыта КЗ:


Рисунок 14 – Схема проведения опыта КЗ


(примерно 1-3%)

На входе действует малое напряжение , то мала и ЭДС (противо-ЭДС), уравновешивающей его, а значит, мал и магнитный поток, ее создающий.

При малом потоке потерями в стали можно пренебречь.

(схема)

(потери в меди) (39)

(40)

(41)

(42)

(43)

(44)

Опыт КЗ существенно дополняет опыт ХХ, и вместе они дают возможность экономично, с требуемой точностью оценит параметры эквивалентной схемы транзистора.


Конструкция, магнитные материалы, электрические провода и изоляция


Основными элементами конструкции трансформаторов являются сердечник (магнитопровод) и обмотки: К элементам конструкции относятся также конструктивные детали, служащие для крепления сердечника и установки трансформаторов в блоках аппаратуры.

Сердечники трансформаторов изготавливают из высоколегированных горячекатаных и повыщеннолегированйых холоднокатаных сталей.

Марки электротехнических сталей, их магнитные свойства и удельные потери энергий определяет ГОCT 9925—61. При частоте тока сети 50 Гц для сердечников используют стали марок Э41, Э42, Э43 и Э310, Э320, Э33О при толщине стальных листов или ленты 0,5 и 0,35 мм. При повышенных частотах (400 Гц и выше) используют стали марок Э44, 345, Э46, Э47, 348, Э340 и Э370 с толщиной пластин или ленты 0,2; 0,15; 0,1; 0,08 и 0,05 мм.


Случайные файлы

Файл
169971.rtf
83594.rtf
63413.rtf
CBRR0192.DOC
165508.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.