peal langetamine ω 1>ω2; U 1>U2; To>1 ;

peal üleminekuperiood ω 1 =ω2; U 1=U2; K=1.

Trafo töö analüüs.

1. Ooterežiim

Selles režiimis on sekundaarmähis avatud. Lüliti on sees positsioon 1.Primaarahela tarbitav vool on minimaalne ja seda nimetatakse tühivooluks. Primaarmähise ümber tekkivat magnetvälja nimetatakse koormuseta magnetväljaks.See režiim on trafole kahjutu.

2. Trafo töötamine koormusrežiimil

Lülitage lüliti sisse positsioon 2, samal ajal kui trafo jõuderežiimist läheb koormusrežiimi. Vool voolab läbi sekundaarmähise ma 2, mille magnetvoog on Lenzi seaduse kohaselt suunatud primaarmähise magnetvälja vastu Φ . Selle tulemusena magnetvoog Φ esimesel hetkel väheneb, mis põhjustab e. d.s. eneseinduktsioon E 1 trafo primaarmähises. Kuna rakendatav pinge U 1 (võrk, generaator) jääb muutumatuks, tekib elektriline tasakaal pinge ja e. d.s. iseinduktsioon on katki ja primaarmähises suureneb vool. Voolu suurenemine toob kaasa magnetvoo suurenemise, mis omakorda põhjustab e. d.s. eneseinduktsioon. See protsess jätkub seni, kuni taastub elektriline tasakaal rakendatud pinge ja e vahel. d.s. eneseinduktsioon. Kuid sel juhul on primaarmähise vool suurem kui tühikäigul, st trafo primaar- ja sekundaarmähise kogumagnetvoog koormusrežiimis on võrdne primaarmähise magnetvooga tühikäigul.

Niisiis, koormusrežiimis, st sekundaarvoolu ilmumisel primaarvool suureneb, sekundaarmähises tekib pingelang ja sekundaarpinge väheneb. Koormuse vähenemisega, st sekundaarvoolu vähenemisega, sekundaarmähise demagnetiseeriv toime väheneb, südamiku magnetvoog esimesel hetkel suureneb ja e suureneb vastavalt. d.s. iseinduktsioon E 1 . Elektriline tasakaal U 1 ja E 1 vahel on häiritud, vool primaarmähises väheneb, samas kui magnetvoog ja e. d.s. eneseinduktsioon. See protsess jätkub seni, kuni ajutiselt häiritud elektriline tasakaal U 1 ja E 1 vahel taastub, kuid väiksema vooluga I 1 .

Seega põhjustab voolu I 2 vähenemine voolu I 1 vähenemist, pingelang trafo sekundaarmähises väheneb ja sekundaarpinge suureneb.

Igasugune sekundaarvoolu muutus põhjustab primaarvoolu muutuse, mille eesmärk on säilitada konstantne magnetvoog trafo südamikus.

Nüüd lülitage lüliti sisse positsioon 4.

Sekundaarahela takistus on praktiliselt võrdne nulliga. Sekundaarahela vool on maksimaalne, sekundaarmähise magnetväli on maksimaalne. Primaarmähise magnetväli väheneb ja muutub minimaalseks, seetõttu muutub ka primaarmähise induktiivne takistus minimaalseks.Primaarahela tarbitav vool suureneb maksimaalselt. Seda režiimi nimetatakse lühiserežiimiks. See režiim on trafo ja kogu vooluringi jaoks ohtlik. Lühise eest kaitsmiseks paigaldatakse primaar- või sekundaarahelasse kaitsmed.

Kas trafo saab võimsust juurde?

Primaarahelas arenev võimsus võrdub U 1 * I 1 korrutisega sekundaarahelas U 2 * I 2. Trafo võimsust ei suurenda, kuna igasugune pinge tõus trafo abil on millega kaasneb vastav voolu vähenemine, st mitu korda trafo suurendab pinget nii palju, et see vähendab vooluhulka sekundaarahelas. Alandava trafo puhul, mitu korda trafo vähendab pinget, mitu korda suurendab vooluhulka sekundaarahelas.

Trafo efektiivsus

Kasutegur on sekundaarse võimsuse P 2 ja primaarse P 1 (kasuliku võimsuse ja tarbitud võimsuse) suhe, väljendatuna %.

Näiteks trafo kasutegur on 90%, mis tähendab, et 90% primaarmähise poolt vooluallikast vastuvõetavast energiast läheb sekundaarmähisesse ja trafo aktiivtakistuse juures läheb trafos kaduma 10%. Kadude olemasolu toob kaasa asjaolu, et trafo sekundaarmähise koormusest vabanev võimsus on alati väiksem kui primaarmähise tarbitav võimsus.

Energiakaod trafos koosnevad südamikukadudest ja mähisekadudest. Tuumakaod hõlmavad magnethüstereesi kadu ja pöörisvoolu kadu. Kaod mähistes on tingitud mähiste tavapärasest kuumutamisest vooluga.

Võimsate statsionaarsete trafode kasutegur on kuni 99%. Sideseadmetes kasutatavate väikese võimsusega trafode efektiivsuseks on võetud 80%.

1. Mähis

Trafo mähiste tootmiseks kasutatakse mähisjuhtmeid, need on vasest ja isolatsiooniga.

PE-traat emailitud

PEL traat emailitud lakikindel

Emailitud ülitugev PEV-traat

PEL on mõeldud temperatuuridele kuni 90 0 , lühidalt 105 0 ; PEV kuni 105 0, lühiajaline kuni 125 0

Mähised on keritud raamile (plastik, tekstoliit, getinaks, papp), olemas ka raamita mähis. Mähisjuhtme ots peab olema fikseeritud. Mähised on keritud ridade kaupa pöördeks pöördeks. Pärast iga rida paigaldatakse isolatsioon (kondensaatori või kaabli pabeririba), et riket ei tekiks. Samuti tuleb fikseerida mähise teine ​​ots. Peale esimese mähise kerimist laotakse parem isolatsioon, näiteks lakitud riideriba, seejärel keritakse järgmine mähis. Mähised keritakse üksteise peale.Tihtipeale jagatakse trafode valmistamisel primaar- ja sekundaarmähis sektsioonideks.Sellisel juhul katab primaarmähise magnetväli paremini sekundaarmähist.

2. Südamikud

Südamikud on: varras, soomus ja toroidsed.

Südamike tootmiseks kasutatakse sageli erinevat tüüpi trafoterast. Südamik on valmistatud õhukestest üksteisest eraldatud terasplaatidest. Isolatsioonina kasutatakse sageli oksiidi (katlakivi), mis tekib plaatide pinnale kuumutamisel. kõrge temperatuur. Kui südamik ei ole valmistatud eraldi, üksteisest eraldatud plaatidest, vaid kahest volditud tükist, soojendatakse südamikku pöörisvooludega. Üksikute plaatide pöörisvoolud on väikesed ja üldiselt kuumeneb südamik ebaoluliselt. Trafo südamik peab olema hästi kokku surutud, et see ei sumiseks. Parim viis kokkusurumiseks on suruda mutritega naastudega. Sageli rakendatakse kokkusurumist klambriga, mis ümbritseb südamikku.

Trafo terassüdamikud on nõrkade magnetväljade korral halvasti magnetiseeritud. Seetõttu madalal helisagedused Kasutatakse permalloy südamikke. Permalloy on nikli, molübdeeni, kroomi, mangaani, vase, räni ja raua sulam.

Ferriitsüdamikke kasutatakse kõrgsagedusvooluahelates. Ferriit on magnetodielektrik, see tähendab magnetiliste omadustega dielektrik. See on valmistatud pulbrilistest metallioksiididest, mis on segatud vaigu või polüstüreeniga.

Koosneb kahest eraldi mähisest, mida nimetatakse primaar- ja sekundaarmähiseks. Primaarmähisele rakendatakse vahelduvvoolu sisendpinge ja see loob muutuva magnetvälja. See magnetväli interakteerub sekundaarmähisega, indutseerides selles vahelduvvoolu pinge (täpsemalt EMF). Sekundaarmähises indutseeritud pingel on sama sagedus kui sisendpingel, kuid selle amplituud on määratud sekundaar- ja primaarmähise keerdude arvu suhtega.

Kui primaarmähise klemmide sisendpinge = V1
väljundpinge sekundaarklemmidel = V2
esmaste pöörete arv = T1
sekundaarpöörete arv = T2

siis

Lisaks I1/ I2 = T1/ T2, kus I1 ja I2 on vastavalt primaar- ja sekundaarvool.

Trafo jõudlustegur (COP).

Ülaltoodud suhtarvud eeldavad, et trafo on 100% efektiivne, st võimsuskadu pole üldse. Järelikult
Sisendvõimsus I1 V1 = Väljundvõimsus I2 V2.
Praktikas on trafode efektiivsus umbes 96-99%. Trafo efektiivsuse suurendamiseks keritakse selle primaar- ja sekundaarmähised samale magnetsüdamikule (joonis 7.10).

astmelised ja astmelised trafod

Astmetrafo toodab väljundis (sekundaarmähises) rohkem kui kõrgepinge kui sisendis (primaarmähisele) rakendatud. Selleks muudetakse sekundaarmähise keerdude arv suuremaks kui primaarmähise keerdude arv.
Alandava trafo toodab oma väljundis vähem pinget kui sisendis, kuna selle sekundaarmähisel on vähem pööreid kui primaarmähisel.

Joonisel fig. 7.11, on sekundaarmähise ahelas koormustakisti r2. Takistuse r2 saab ümber arvutada või, nagu öeldakse, viia primaarmähisele, see tähendab trafo r1 takistusele primaarmähise küljelt. Suhet r1/r2 nimetatakse õhutakistusteguriks. Seda suhet saab arvutada järgmiselt. Kuna r1 = V1 / I1 ja r2 = V2 / I2, siis

Riis. 7.10. Trafo.

Riis. 7.11. Vähendustegur
vastupanu

r1/ r2 = T12/ T22 = n2.

Riis. 7.12. Autotransformaator.

Riis. 7.13. Autotransformaator mitme kraaniga.

Kuid V1 / V2 = T1 / T2 = n ja I2 / I1 = T1 / T2 = n, nii et

r1 / r2 = n2

Näiteks kui koormustakistus r2 \u003d 100 oomi ja mähiste pöörete arvu suhe (teisendussuhe) T1 / T2 \u003d n \u003d 2: 1, siis primaarmähise küljelt saab trafo peetakse takistiks, mille takistus on r1 \u003d 100 oomi 22 \u003d 100 4 \u003d 400 oomi.

Trafol võib olla üks mähis ühe kraaniga selle mähise keerdude osast, nagu on näidatud joonisel fig. 7.12. Siin on T1 primaarmähise keerdude arv ja T2 on sekundaarmähise keerdude arv. Pinged, voolud, takistused ja teisendussuhe määratakse samade valemitega, mis kehtivad tavalise trafo puhul.
Joonisel fig. 7.13 näitab teist ühe mähisega trafot, milles sellest mähisest tehakse mitu kraani. Kõik pingete, voolude ja takistuste suhted määratakse ikkagi teisendussuhtega (V1/Va = T1/Ta, V1/Vb = T1/Tb jne).

Joonisel fig. 7.14 näitab trafot, mille sekundaarmähise keskelt on kraan. Sekundaarmähise ülemisest ja alumisest poolest võetakse väljundpinged Va ja Vb Sisendpinge (primaarmähisel) ja iga väljundpinge suhe määratakse keerdude arvu suhtega ja

V1/Va = T1/Ta V1/Vb = T1/Tb

kus T1, Ta ja Tb on vastavalt primaar-, sekundaar- a ja sekundaarmähise b keerdude arv. Kuna kraan on tehtud sekundaarmähise keskelt, on pinged Va ja Vb amplituudilt võrdsed. Kui keskmine punkt on maandatud, nagu joonisel fig. 7.14, siis on sekundaarmähise kahelt poolelt võetud väljundpinged antifaasis.

Näide

Pöördume joonise fig. 7.15. (a) Arvutage pinge trafo klemmide B ja C vahel, (b) Kui klemmide A ja B vahel on 30 pööret, siis mitu pööret on trafo sekundaarmähisel?
Lahendus
a) VBC = VAD - VAB - VCD = 36V - 6V - 12V = 18V.
Pöörete arv A ja B vahel
b) VAB / VAD == ----------------
Pöörete arv A ja D vahel

Seega 6V/36V = 30/TAD, seega TAD = 30 36/6 = 180 pööret.

Riis. 7.14. Trafo kraaniga sekundaarmähise keskpunktist.

Riis. 7.15. VAD = 36 V, VAB = bV,
VCD = 12V.

Magnetlülitus

On tavaks öelda, et magnetahelas tekitab Teslas mõõdetud magnetvoo (või magnetvälja) jõu, mida nimetatakse magnetomotoorjõuks (MMF). Magnetahelat võrreldakse tavaliselt elektriahelaga, kusjuures magnetvoogu võrreldakse vooluga ja magnetomotoorjõudu elektromotoorjõuga. Täpselt nagu öeldakse vastupanu R kohta elektriahel, saame rääkida magnetväärtuse magnettakistusest S; neil mõistetel on sama tähendus. Näiteks pehmel magnetilisel materjalil, nagu tempermalm, on madal magnettakistus, st madal takistus magnetvoo suhtes.

Magnetiline läbilaskvus

Materjali magnetiline läbilaskvus näitab, kui kergesti saab seda magnetiseerida. Näiteks tempermalm ja muud elektromagnetilised materjalid, nagu ferriidid, on suure magnetilise läbilaskvusega. Neid materjale kasutatakse trafodes, induktiivpoolides, releedes ja ferriitantennides. Seevastu mittemagnetilistel materjalidel on väga madal magnetiline läbilaskvus. Magnetsulamitel, nagu räniteras, on võime magnetvälja puudumisel jääda magnetiseerituks ja seetõttu kasutatakse neid püsimagnetitena kõlarites (dünaamilistes peades), liikuva mähisega magnetoelektrimõõturites jne.

Varjestus

Vaatleme magnetvälja asetatud õõnsat silindrit (joonis 7.16). Kui see silinder on valmistatud madala magnettakistusega materjalist (pehme magnetmaterjal), siis koondub magnetväli silindri seintesse, nagu on näidatud joonisel, ilma et see langeks selle sisemisse piirkonda.

Riis. 7.16. Magnetiline varjestus.

Riis. 7.17. Elektrostaatiline varjestus trafos.

Seega, kui sellesse piirkonda asetatakse mõni objekt, on see kaitstud (varjestatud) ümbritseva ruumi magnetvälja mõju eest. Seda varjestust, mida nimetatakse magnetvarjestuseks, kasutatakse katoodkiiretorude, liikuva mähisega magnetoelektrimõõturite, dünaamiliste kõlarite jms kaitsmiseks väliste magnetväljade eest.
Trafod kasutavad mõnikord teist tüüpi varjestust, mida nimetatakse elektrostaatiliseks või elektriliseks varjestuseks. Trafo primaar- ja sekundaarmähise vahele asetatakse õhukesest vaskfooliumist kilp, nagu on näidatud joonisel fig. 7.17. Kui selline ekraan on maandatud, väheneb oluliselt mähiste vahelise mahtuvuse mõju, mis tuleneb nende mähiste vahelisest potentsiaalsest erinevusest. Elektrostaatilist varjestust kasutatakse ka koaksiaalkaablites ja kõikjal, kus juhtidel on erinev potentsiaal ja need on üksteise vahetus läheduses.

See video räägib sellest, mis on trafo:

trafo nimetatakse staatiliseks elektromagnetiliseks seadmeks, millel on kaks (või enam) induktiivsidestatud mähist ja mis on ette nähtud ühe (primaarse) vahelduvvoolusüsteemi muundamiseks teiseks (sekundaarseks) vahelduvvoolusüsteemiks elektromagnetilise induktsiooni nähtuse kaudu.

Üldjuhul võib sekundaarne vahelduvvoolusüsteem primaarsest erineda mis tahes parameetrite poolest: pinge ja voolu väärtused, faaside arv, pinge (voolu) lainekuju, sagedus. Elektripaigaldistes, aga ka elektrienergia ülekande- ja jaotussüsteemides on enim kasutusel üldkasutatavad jõutrafod, mille kaudu muudetakse vahelduvpinge ja -voolu väärtusi. Sel juhul jääb faaside arv, pinge (voolu) kõvera kuju ja sagedus muutumatuks.

Käesoleva loengu küsimusi käsitledes peame silmas üldkasutatavaid jõutrafosid.

Mõelge kõige lihtsama ühefaasilise trafo tööpõhimõttele. Lihtsaim ühefaasiline jõutrafo koosneb ferromagnetilisest materjalist (tavaliselt lehtterasest) valmistatud magnetahelast (südamikust) ja kahest mähisest, mis paiknevad magnetahela südamikel.

Miks on trafo magnetsüdamik valmistatud ferromagnetilisest materjalist?

Üks mähistest, mida nimetatakse esmane, ühendatud vahelduvvooluallikaga pinge U 1 jaoks. Teisele mähisele kutsutud teisejärgulineühendatud tarbija Zн. Trafo primaar- ja sekundaarmähisel ei ole omavahel elektrilist ühendust ning võimsus ühelt mähiselt teisele edastatakse elektromagnetiliselt.

Mis on trafo südamiku eesmärk?

Magnetahel, millel need mähised asuvad, suurendab mähiste vahelist induktiivset sidet.

Trafo tegevus põhineb elektromagnetilise induktsiooni nähtusel (joonis 2).

Riis. 2. Trafo elektromagnetahel

Trafo primaarmähise ühendamisel pingega vahelduvvooluvõrku U 1 läbi mähise voolab vahelduvvool i 1 , mis loob magnetahelas muutuva magnetvoo F . Selles indutseerib magnetvoog, mis tungib läbi sekundaarmähise pöördeid e 2 , mida saab kasutada koormuse toiteks. Magnetahelas sulgudes ühendub see voog mõlema mähisega (primaar- ja sekundaarmähisega) ja indutseerib neis EMF-i:

Eneseinduktsiooni esmases EMF-is:

Vastastikuse induktsiooni sekundaarses EMF-is:

Koormuse Zn ühendamisel EMF-i toimel trafo sekundaarmähise klemmidega e 2 selle mähise ahelas tekib vool i 2 , ja pinge U 2 on seatud sekundaarmähise klemmidele.

Kas trafo võib töötada alalisvooluga?

Trafo on vahelduvvooluseade. Kui selle primaarmähis on ühendatud alalisvooluallikaga, on magnetvoog trafo magnetahelas konstantne nii suuruses kui ka suunas (dФ / dt \u003d 0), seetõttu ei teki elektromagnetilise induktsiooni EMF-i. indutseeritakse trafo mähistes ja seetõttu ei kandu primaarahelast pärit elekter sekundaarvoolu.

Kuidas on lahendatud pinge muutmise, näiteks tõstmise probleem trafo sekundaarmähisel?

Pinge suurendamise probleem lahendatakse järgmiselt. Trafo mähise igal pöördel on sama pinge, kui sekundaarmähise keerdude arvu suurendatakse võrreldes primaarmähisega, siis pöörded on ühendatud järjestikku, summeeritakse igal pöördel saadud pinge. Seetõttu on pöörete arvu suurendamise või vähendamise abil võimalik trafo väljundis pinget suurendada või vähendada.

Kuna trafo primaar- ja sekundaarmähised on läbistatud sama magnetvooga F , väljendid tõhusad väärtused EMF-i saab kirjutada kui

kus f - vahelduvvoolu sagedus; w 1 ja w 2 - primaar- ja sekundaarmähiste keerdude arv.

Jagades ühe võrdsuse teisega, saame trafo olulise parameetri - teisendussuhte:

kus k - teisenduskoefitsient.

Kui trafo sekundaarmähise vooluahel on avatud (tühikäigul), siis on mähise klemmide pinge võrdne selle EMF-iga: U 2 = E 2 , ja toitepinge on peaaegu täielikult tasakaalustatud primaarmähise EMF-iga U 1 ≈ E 1 . Seetõttu võib nii kirjutada

Arvestades trafo kõrget efektiivsust, võib eeldada, et S 1 ≈ S 2 , kus S 1 = U 1 I 1 - võrgust tarbitud võimsus; S 2 = U 2 I 2 - koormale antud võimsus.

Sellel viisil, U 1 I 1 ≈ U 2 I 2 , kus

Sekundaar- ja primaarmähiste voolude suhe on ligikaudu võrdne teisendussuhtega, seega I 2 mitu korda suureneb (väheneb), mitu korda väheneb (suureneb) U 2 .

astmelistes trafodes U 2 > U 1 , väheneb U 2 < U 1 . Trafodel on pööratavuse omadus, sama trafot saab kasutada nii astmelisena kui ka astmelisena. Kuid tavaliselt on trafol kindel eesmärk: kas see on astmeline või astmeline. Kõrgema pingega võrku ühendatud trafo mähist nimetatakse kõrgepingemähiseks (HV); madalama pingega võrguga ühendatud mähis - madalpinge mähis (LV).

Miks kasutatakse jõuülekandes kõrget pinget?

Vastus on lihtne – vähendada juhtmete küttekadusid pika vahemaa edastamisel. Kaod sõltuvad voolava voolu suurusest ja juhi läbimõõdust, mitte rakendatavast pingest.

Oletame, et elektrijaamast 100 km kaugusel asuvasse linna on ühte liini mööda vaja edastada elektrit 30 MW. Tänu sellele, et liini juhtmetel on elektritakistus, soojendab vool neid. See soojus hajub ja seda ei saa kasutada. Küttele kulutatud energia on kadu.

Kahjude nullimine on võimatu. Kuid neid tuleb piirata. Seetõttu on lubatud kaod normaliseeritud, s.o. liinijuhtmete ristlõigete arvutamisel ja selle pinge valimisel lähtutakse sellest, et kaod ei ületa näiteks 10% üle liini edastatavast kasulikust võimsusest.

Meie näites on see 0,1x30 MW = 3 MW.

Kui transformatsiooni ei rakendata, st elektrit edastatakse pingega 220 V, siis kadude vähendamiseks etteantud väärtuseni tuleks juhtmete ristlõiget suurendada ligikaudu 10 m 2-ni. Sellise "traadi" läbimõõt ületab 3 m ja ulatuse mass on sadu tonne.

Rakendades transformatsiooni, st suurendades liini pinget ja seejärel vähendades seda tarbijate asukoha lähedal, kasutavad nad kadude vähendamiseks teist võimalust: nad vähendavad liini voolu.

Milline on aktiivvõimsuse ja voolu suhe?

Kaod elektrienergia ülekandmisel on võrdelised voolutugevuse ruuduga.

Tõepoolest, kui pinge kahekordistub, väheneb vool poole võrra ja kaod vähenevad 4 korda. Kui pinget suurendada 100 korda, vähenevad kaod 100 2, st 10 000 korda.

Illustreerime seda väljendit järgmise näitega. Joonisel on kujutatud energiaülekande diagramm (joonis 3). Astmetrafo primaarmähisega on ühendatud generaator klemmipingega 6,3 kV. Sekundaarmähise otste pinge on 110 kV.

Riis. 3. Jõuülekande skeem:

1 - generaator; 2 - astmeline trafo; 3 - elektriliin;

4 - astmeline trafo; 5 - tarbija

Sellel pingel kantakse energia üle ülekandeliini. Olgu edastatav võimsus 10 000 kW, voolu ja pinge vahel pole faasinihet.

Kuna mõlema mähise võimsused on samad, on primaarmähise vool võrdne I \u003d P / U \u003d 10000 / 6,3 \u003d 1590 A ja sekundaarmähises 10000/110 \u003d 91 A. voolutugevus liinijuhtmetes on sama väärtusega.

Trafo tööpõhimõtet saab näidata järgmise õppefilmiga: "Alandava trafo tööpõhimõte", "Vee soojendamine trafo abil."

Kinnitame käsitletud materjali, vastates järgmistele küsimustele.

Trafo tööpõhimõte põhineb ...

Ampère'i seadus

Ohmi seadused

Kirchhoffi seadused

elektromagnetilise induktsiooni seadus

Kui trafo primaarmähise keerdude arv on w1=100 ja sekundaarmähise keerdude arv w2=20, määrake teisendussuhe.

Vastamiseks pole piisavalt andmeid.

Trafo mähistes indutseeritud EMF-i efektiivne väärtus määratakse valemitega

Järeldus esimese küsimuse kohta: Trafo tööpõhimõte põhineb elektromagnetilise induktsiooni nähtusel, mistõttu on trafo vahelduvvooluseade. Pinge muundamine trafos toimub sekundaarmähise pöörete arvu muutmisega. Trafo põhieesmärk on muundada ühe pingega elekter teise pingega elektrienergiaks, et vähendada kapitaliinvesteeringuid elektriliinide ehitusse ja ekspluatatsiooni.