Ühefaasilise trafo tööpõhimõte ja seade

Ühefaasiline koormuseta trafo

Elektrotehnikas nimetatakse trafodeks selliseid elektriseadmeid, kus vahelduvvoolu elektrienergia ühest fikseeritud traadimähist kantakse üle teisele fikseeritud traadimähisele, mis ei ole esimesega elektriliselt ühendatud.

Ühendus, mis edastab energiat ühelt mähiselt teisele, on magnetvoog, mis haakub kahe mähisega ning muutub pidevalt suuruse ja suuna poolest.

Riis. 1.

Joonisel fig. Joonisel 1a on kujutatud kõige lihtsam trafo, mis koosneb kahest mähisest / ja / /, mis on paigutatud koaksiaalselt üksteise kohale. Poolile / tarnitud vahelduvvoolu generaatorist D. Seda mähist nimetatakse primaarmähiseks või primaarmähiseks. Mähisega //, mida nimetatakse sekundaarmähiseks või sekundaarmähiseks, ühendatakse ahel elektrienergia vastuvõtjate kaudu.

Trafo tööpõhimõte

Trafo tegevus on järgmine. Kui primaarmähises voolab vool / see tekib magnetväli, mille jõujooned ei tungi mitte ainult neid loonud mähisesse, vaid osaliselt ka sekundaarmähisesse //. Ligikaudne pilt primaarmähise tekitatud jõujoonte jaotusest on näidatud joonisel fig. 1b.

Nagu jooniselt näha, on kõik jõujooned mähise / juhtide ümber suletud, kuid mõned neist joonisel fig. 1b, elektrijuhtmed 1, 2, 3, 4 on samuti suletud ümber mähise juhtmete //. Seega on mähis // magnetvälja joonte abil magnetiliselt ühendatud pooliga /.

Mähiste /ja // magnetilise sidestuse aste koos nende koaksiaalse paigutusega sõltub nendevahelisest kaugusest: mida kaugemal on poolid üksteisest, seda vähem on nende vahel magnetilist sidestust, sest mida vähem on nende vahel jõujooni. mähis /mähise külge kinni //.

Kuna mähis / läbib, nagu me eeldame, ühefaasiline vahelduvvool, ehk siis vool, mis ajas muutub mingi seaduse järgi, näiteks siinusseaduse järgi, siis muutub ka tema poolt tekitatav magnetväli ajas sama seaduse järgi.

Näiteks kui mähises olev vool / läbib suurimat väärtust, siis ka selle tekitatud magnetvoog läbib suurimat väärtust; kui vool mähises / läbib nulli, muutes selle suunda, siis magnetvoog läbib ka nulli, muutes ka oma suunda.

Mähises / voolutugevuse muutmise tulemusena tungivad nii mähised / kui ka // magnetvoog, muutes pidevalt selle väärtust ja suunda. Vastavalt elektromagnetilise induktsiooni põhiseadusele indutseeritakse mähises iga muutuse korral mähisesse tungivas magnetvoos vahelduvvool. elektromotoorjõud… Meie puhul indutseeritakse iseinduktsiooni elektromotoorjõud mähises / ja vastastikuse induktsiooni elektromotoorjõud indutseeritakse poolis //.

Kui mähise // otsad on ühendatud elektrienergia vastuvõtjate ahelaga (vt joonis 1a), ilmub sellesse vooluringi vool; seetõttu saavad vastuvõtjad elektrienergiat. Samal ajal suunatakse energiat mähisele /generaatorist, mis on peaaegu võrdne mähise // ahelale antud energiaga. Sel viisil edastatakse elektrienergia ühest mähist teise mähise ahelasse, mis ei ole galvaaniliselt (metalliliselt) esimese mähisega seotud.Sel juhul on energia edastamise vahendiks ainult vahelduv magnetvoog.

Joonisel fig. 1a on trafo väga ebatäiuslik, kuna primaarmähise / ja sekundaarmähise // vahel on vähe magnetilist sidestust.

Kahe pooli magnetilist sidestust hinnatakse üldiselt kahe pooliga ühendatud magnetvoo ja ühe mähise tekitatud voo suhte järgi.

Joonis fig. 1b on näha, et ainult osa mähise väljajoontest /on ümber mähise // suletud. Elektriliinide teine ​​osa (joon. 1b — liinid 6, 7, 8) on suletud ainult ümber mähise /. Need elektriliinid ei osale üldse elektrienergia ülekandmisel esimeselt mähiselt teisele, need moodustavad nn hajuvälja.

Primaar- ja sekundaarmähise vahelise magnetühenduse suurendamiseks ja samal ajal magnetvoo läbimise magnettakistuse vähendamiseks asetatakse tehniliste trafode mähised täielikult suletud raudsüdamikele.

Esimene näide trafode rakendamisest on skemaatiliselt näidatud joonisel fig. 2 ühefaasilist nn varda tüüpi trafot. Selle primaar- ja sekundaarmähised c1 ja c2 asuvad raudvarrastel a — a, mis on otstest ühendatud raudplaatidega b — b, mida nimetatakse ikedeks. Sel viisil moodustavad kaks varda a, a ja kaks ikke b, b suletud raudrõnga, millest läbib primaar- ja sekundaarmähisega blokeeritud magnetvoog. Seda rauast rõngast nimetatakse trafo südamikuks.

Riis. 2.

Trafode teine ​​teostus on skemaatiliselt näidatud joonisel fig. 3 nn soomustatud tüüpi ühefaasiline trafo. Selles trafos asetatakse primaar- ja sekundaarmähis c, millest kumbki koosneb lamemähiste reast, südamikule, mis on moodustatud kahest raudrõngast a ja b koosnevast vardast. Mähiseid ümbritsevad rõngad a ja b katavad need peaaegu täielikult soomustega, seetõttu nimetatakse kirjeldatud trafot soomustatud. Mähiste c sees läbiv magnetvoog jaguneb kaheks võrdseks osaks, millest igaüks on ümbritsetud oma raudrõngaga.

Riis. 3

Suletud rauast magnetahelate kasutamine trafodes saavutab lekkevoolu olulise vähenemise. Sellistes trafodes on primaar- ja sekundaarmähisega ühendatud vood üksteisega peaaegu võrdsed. Kui eeldame, et primaar- ja sekundaarmähisesse tungib sama magnetvoog, saame mähiste elektromotoorjõudude hetkväärtuste jaoks kirjutada avaldised, mis põhinevad kogu indutseeritud löögil:

Nendes avaldistes on w1 ja w2 primaar- ja sekundaarmähiste keerdude arv ning dFt on magnetvoo läbitungivmähise muutuse suurus ajaelemendi dt kohta, seega on magnetvoo muutumise kiirus. . Viimastest avaldistest võib saada järgmise seose:

st. näidatud primaar- ja sekundaarmähises / ja // hetkelised elektromotoorjõud on omavahel seotud samamoodi nagu mähiste keerdude arv. Viimane järeldus kehtib mitte ainult elektromotoorjõudude hetkeväärtuste, vaid ka nende suurimate ja tõhusamate väärtuste suhtes.

Primaarmähises indutseeritud elektromotoorjõud kui iseinduktsiooni elektromotoorjõud tasakaalustab peaaegu täielikult samale mähisele rakendatud pinge... Kui märgite E1 ja U1 abil elektromotoorjõu efektiivseid väärtusi primaarmähise ja sellele rakendatud pinge kohta, siis võite kirjutada:

Sekundaarmähises indutseeritud elektromotoorjõud on vaadeldaval juhul võrdne selle mähise otste pingega.

Kui märgite sarnaselt eelmisega läbi E2 ja U2 sekundaarmähise elektromotoorjõu efektiivsed väärtused ja pinge selle otstes, siis võite kirjutada:

Seetõttu saate trafo ühele mähisele pinget andes teise pooli otstes mis tahes pinge, peate lihtsalt võtma sobiva suhte nende mähiste keerdude arvu vahel. See on trafo peamine omadus.

Nimetatakse primaarmähise keerdude arvu ja sekundaarmähise keerdude arvu suhet trafo transformatsioonisuhe... Tähistame teisenduskoefitsienti kT.

Seetõttu võib kirjutada:

Trafot, mille teisendussuhe on väiksem kui üks, nimetatakse astmetrafoks, kuna sekundaarmähise pinge ehk nn sekundaarpinge on suurem kui primaarmähise pinge ehk nn primaarpinge. . Trafot, mille teisendussuhe on suurem kui üks, nimetatakse alandavaks trafoks, kuna selle sekundaarpinge on väiksem kui primaarpinge.

Ühefaasilise trafo töö koormuse all

Trafo tühikäigul töötades tekitab magnetvoo primaarmähise vool või pigem primaarmähise magnetomotoorjõud. Kuna trafo magnetahel on rauast ja seetõttu väikese magnettakistusega ning primaarmähise keerdude arvu eeldatakse üldiselt suureks, on trafo tühivooluvool väike, see on 5- 10% normaalsest.

Kui sulgete sekundaarmähise teatud takistuse, siis voolu ilmumisega sekundaarmähis ilmub ka selle mähise magnetmotoorjõud.

Lenzi seaduse kohaselt toimib sekundaarmähise magnetomotoorjõud primaarpooli magnetomotoorjõule vastu.

Tundub, et magnetvoog peaks sel juhul vähenema, kuid kui primaarmähisele rakendatakse pidev pinge, siis magnetvoo vähenemist peaaegu ei toimu.

Tegelikult on trafo koormamisel primaarmähises indutseeritud elektromotoorjõud peaaegu võrdne rakendatud pingega. See elektromotoorjõud on võrdeline magnetvooga.Seega, kui primaarpinge suurus on konstantne, peaks koormuse all olev elektromotoorjõud jääma peaaegu samaks, mis see oli trafo tühikäigul. See asjaolu toob kaasa magnetvoo peaaegu täieliku püsivuse mis tahes koormuse korral.

Seega primaarpinge konstantse väärtuse korral ei muutu trafo magnetvoog koormuse muutumisel peaaegu üldse ja seda võib eeldada, et see on võrdne magnetvooga tühikäigul.

Trafo magnetvoog suudab säilitada oma väärtust koormuse all ainult seetõttu, et voolu tekkides sekundaarmähises suureneb ka vool primaarmähises nii palju, et primaar- ja sekundaarmähise magnetomotoorsete jõudude ehk ampripöörde erinevus. mähised jääb tühikäigul peaaegu võrdseks magnetomotoorjõu või ampripöördega ... Seega kaasneb demagnetiseeriva magnetomotoorjõu või ampripöörde ilmnemisega sekundaarmähises primaarmähise magnetomotoorjõu automaatne suurenemine.

Kuna, nagu eelpool mainitud, on trafo magnetvoo tekitamiseks vaja väikest magnetomotoorjõudu, siis võib öelda, et sekundaarse magnetomotoorjõu suurenemisega kaasneb primaarse magnetomotoorjõu suurenemine, mis on suurusjärgus peaaegu sama.

Seetõttu võib kirjutada:

Sellest võrdsusest saadakse trafo teine ​​põhiomadus, nimelt suhe:

kus kt on teisendustegur.

Seetõttu on trafo primaar- ja sekundaarmähiste voolude suhe võrdne ühega, mis on jagatud teisendussuhtega.

Niisiis, trafo peamised omadused omada suhet

ja

Kui korrutame suhte vasakpoolsed küljed üksteisega ja paremad küljed üksteisega, saame

ja

Viimane võrrand annab trafo kolmanda karakteristiku, mida saab väljendada sõnadega nii: trafo sekundaarmähise poolt antav võimsus volt-amprites on peaaegu võrdne primaarmähisele antava võimsusega ka volt-amprites. .

Kui jätta tähelepanuta energiakadud mähiste vases ja trafo südamiku rauas, siis võib öelda, et kogu toiteallikast trafo primaarmähisele antud võimsus kantakse üle selle sekundaarmähisesse ja saatja on magnetvoog.