Трансформация переменного тока

Огромным достоинством переменного тока как формы энергии является возможность преобразовывать величину его напряжения с помощью трансформаторов. Передача электроэнергии по проводам происходит с тем меньшими потерями, чем выше напряжение, поэтому большие мощности обычно передаются по высоковольтным линиям. Работа трансформатора также сопровождается потерями некоторой части преобразуемой энергии, в результате чего отдаваемая мощность W2 всегда меньше подводимой Wl а сам трансформатор при работе нагревается тем больше, чем больше разность W1— W2.

Отношение , выраженное в процентах, называется коэффициентом полезного действия трансформатора (к. п. д.), причем эта величина составляет обычно не менее чем 95 -97%. Мощные силовые трансформаторы могут иметь к. п. д. более 99%.

Основными частями трансформатора являются замкнутый сердечник, набираемый обычно из пластинок трансформаторного железа, и две или несколько обмоток, располагаемых на сердечнике таким образом, чтобы магнитный поток в нем был общим для всех обмоток.

Если сдвиг фаз между током и напряжением выразить через угол φ (0°<φ<90°),.то активная мощность W может быть определена как

Трансформация переменного тока

Трансформаторы нельзя делать с сердечниками из сплошного железа, потому что рабочий магнитный поток будет индуктировать в железе мощные блуждающие токи так называемые „токи Фуко", которые вызовут большие потери энергии и за их счет создадут быстрый перегрев сердечника. Поэтому трансформаторные сердечники делают слоеными, состоящими из тонких, изолированных друг от друга лаком или папиросной бумагой полос или фигурных пластинок, собираемых в пакеты нужной толщины.

На рис. 17 показаны трансформаторы: а —с П-образным и б — с Ш-образным сердечниками. На рис. 17 в приведено схематическое изображение трансформатора с несколькими обмотками.

Одна из обмоток называется первичной и к ней подключают трансформируемое напряжение. Преобразованные напряжения снимают со вторичных обмоток.

Трансформация переменного тока

Рис. 17. Схемы устройства трансформаторов.

Расчет трансформаторов ведут всегда с учетом не только напряжения, но и требуемой мощности. Для мощностей до 500—1000 вт расчет ведется следующим образом.

Сначала определяют площадь поперечного сечения железного сердечника S в зависимости от нужной мощности Р:

Трансформация переменного тока

Далее определяют характерную для каждого трансформатора величину N - число витков на 1 в подводимого или снимаемого напряжения, пользуясь соотношением

Трансформация переменного тока

Если применяется специальное лучшее трансформаторное железо, то в правой части равенства берут число 45, а когда для изготовления сердечника трансформатора используется, например, кровельное железо, надо брать число 80. При железе неизвестного качества лучше взять число 60.

Зная напряжение сети и требующиеся напряжения, числа витков первичной и вторичных обмоток N1,  N2, N3..., Nn рассчитывают так:

Трансформация переменного тока

В заключение, исходя из мощностей и напряжений, определяют токи в обмотках и соответствующие им минимальные сечения проводов по норме 2А /мм2.

Токи в первичной и вторичной обмотках простейшего трансформатора с двумя обмотками обратно пропорциональны напряжениям

Трансформация переменного тока

что и берут за основу такого расчета.

Отношение  Трансформация переменного тока называется коэффициентом трансформации трансформатора.

Наконец, по числу витков всех обмоток с учетом их изоляции и необходимости иметь еще какой-то каркас для их размещения рассчитывают размеры "окна" и остальные размеры железного сердечника, обеспечивающие минимальные габариты и удобство монтажа спроектированного трансформатора на предназначенном для него месте.

Для последней стадии расчета весьма полезна табл. 5, составленная в предположении, что намотка провода произведена с предельной плотностью укладки всех витков во всех слоях.

Таблица 5

Трансформация переменного тока

 

При самостоятельной намотке катушек указанные в таблице числа витков следует умножать на коэффициент 0,9, потому что плотную укладку всех витков при равномерном натяжении провода обычно получить не удается.

Для регулировки напряжения часто пользуются трансформаторами упрощенного типа, называемыми автотрансформаторами. У автотрансформатора также есть железный сердечник, но вместо двух или нескольких обмоток имеется одна секционированная. Схема автотрансформатора дана на рис. 18. Если первичное и вторичное напряжения отличаются друг от друга не более чем на 25%. автотрансформатор позволяет при равных размерах с трансформатором снимать приблизительно вдвое большую мощность.

Трансформация переменного тока

Рис. 18. Схема автотрансформатора.

При расчете сечения проводов обмотки автотрансформатора используют то обстоятельство, что в частях обмоток, где первичный и вторичный токи направлены навстречу друг другу, могут быть применены провода уменьшенного сечения, что дает экономию меди.

На рис. 18 таким участком обмотки являются витки ее между точками А и Б (направление первичного тока показано одинарными, а вторичного — двойными стрелками). Нетрудно видеть, что общий ток I здесь будет I= I1 — I2, и чем ближе по величине Е1 и Е2, тем более тонкий провод может быть здесь применен.

В последние годы получили большое распространение очень удобные в обращении  лабораторные автотрансформаторы ЛАТР. Железный сердечник этих автотрансформаторов выполнен в виде замкнутого цилиндра, на котором плотно намотана однослойная обмотка.

 

Регулировка вторичного напряжения производится в пределах от нуля до 250 в с помощью ползункового угольного контакта (щетки), перемещаемого по освобожденной от изоляции дорожке на обмотке. Угольная щетка, обладая значительным удельным сопротивлением, позволяет не опасаться повреждений обмотки, когда смежные витки оказываются по временам замкнутыми ею "накоротко". Замена угля на металл в щеточном контакте ЛАТРа недопустима, так как в этом случае его обмотка непременно перегорит даже при отсутствии нагрузки вследствие короткого замыкания смежных витков через металл ползунка.

Смотрите также