Электротехника и электроника Элементы электрических цепей Активная, реактивная и полная мощности Трансформаторы Электрические машины Выпрямительный полупроводниковый диод Импульсные и цифровые устройства


Задачи курса электрических цепей (Электротехника)

Трансформаторы

Принцип действия и устройство

Трансформатор это статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения без изменения частоты.

Трансформаторы в области электроэнергетики решают важнейшую техникоэкономическую задачу. На каждом этапе преобразования электроэнергии; при генерации, распределении, потреблении существует напряжение, при котором эти процессы происходят с минимальными издержками. Напряжение производства (генерации) электроэнергии 315 кВ; распределения до 500600 кВ; потребления 220660 В, реже 36 кВ. Трансформаторы, обладающие высоким КПД, порой превышающим 95 %, решают задачу преобразования уровня напряжения.

КПД трансформатора

Схема расчета трансформатора

Переходные процессы в линейных электрических цепях Под переходными процессами понимают процессы перехода от одного режима работы электрической цепи (обычно периодического) к другому (обычно также периодическому), чем либо отличающемуся от предыдущего, например амплитудой, фазой, формой или частотой действующей в схеме ЭДС, значениями параметров схемы, а также вследствие изменения конфигурации цепи.

Принужденные и свободные составляющие токов и напряжений Известно, что общий интеграл линейного дифференциального уравнения равен сумме частного решения неоднородного уравнения плюс общее решение однородного уравнения

«Разряд» катушки индуктивности на резистор

Включение цепочки RL на синусоидальное напряжение

Включение цепочки RC на постоянное напряжение

Применение интеграла Дюамеля для расчета переходных процессов

Применение интеграла Дюамеля для расчета переходных процессов с импульсной характеристикой Наряду с переходной характеристикой в радиоэлектронике используется понятие импульсной характеристики

Последовательность расчета с помощью интеграла Дюамеля

Расчет электрических цепей при несинусоидальных периодических токах и напряжениях Определение периодических несинусоидальных токов и напряжений

 Задача. Рассмотрим трапецию, симметричную относительно оси абсцисс и начала координат

Действующие значения несинусоидального тока и напряжения. Активная и полная мощности несинусоидального тока

Резонанс в цепи при несинусоидальных токах и напряжениях При несинусоидальных токах и напряжениях явления резонанса значительно усложняются, так как резонанс возникает для каждой гармоники отдельно

Общие свойства четырехполюсников Уравнения четырехполюсников Электротехническое устройство, служащее для передачи энергии (сигналов) и имеющее по два входных и два выходных зажима, называется четырехполюсником.

Задача . Для четырехполюсников рис. 10.3 определить коэффициенты A, B, C и D: из основных уравнений четырехполюсников в режимах холостого хода и короткого замыкания

Задача . Определить коэффициенты A, B, C , D для Т образной и П образной схемы четырехполюсников

В области приборостроения трансформатор часто служит основой блока питания, обеспечивая требуемые напряжения для различных элементов аппаратуры. Наконец, во многих устройствах радиоэлектроники нужно обеспечить передачу сигнала без гальванической связи. Такая развязка также выполняется с применением трансформаторов.

Существуют и другие специальные области применения трансформаторов, например, сварочные трансформаторы, магнитные усилители, преобразователи числа фаз и т. д. В зависимости от конкретного применения трансформаторы строят мощностью от долей вольтампер до сотен мегавольтампер при частоте преобразуемого напряжения от десятков герц до десятков килогерц.

Трансформатор состоит из магнитопровода и расположенных на нем обмоток. Магнитопроводы (из технологических соображений обычно разборные) изготовляются из отдельных пластин специальной стали (для уменьшения потерь на вихревые токи) или магнитной керамики (ферриты).

По расположению обмоток на сердечнике трансформаторы разделяют:

1) на стержневые обмотки расположены на разных стержнях (рис. 7.1а);


2) броневые обмотки расположены на одном стержне (рис. 7.1б);


3) тороидальные чаще всего с ферритовым сердечником (рис. 7.1 в).

 Рис. 7.1

В электроэнергетике применяют в основном трехфазные трансформаторы. Мощные силовые трансформаторы, несмотря на высокий КПД, обеспечиваются специальными средствами охлаждения, вплоть до жидкостных.

Включение первичной обмотки на синусоидальное напряжение и1 (рис. 7.2) приводит к появлению тока i1, обусловливающего появление намагничивающей силы ( количество витков в первичной обмотке) и соответствующего магнитного потока Фо. Если сердечник не насыщен (работает в линейном режиме), то при синусоидальном напряжении ток, намагничивающая сила и поток также синусоидальны.


 Рис. 7.2

Магнитный поток делится на две части: одна часть, замыкающаяся по сердечнику, является общей для обеих обмоток, а другая, замыкающаяся вне магнитопровода, сцеплена только с первичной обмоткой. Часть потока, замыкающаяся вне магнитопровода (поток рассеяния Фp), на 12 порядка меньше общего магнитного потока (Фо) изза разницы магнитных сопротивлений магнитопровода и окружающих материалов. Синусоидальное изменение во времени каждой части магнитного потока вызовет появление противо ЭДС: 

   ; , (7.1)

где  и   число витков первичной и вторичной обмоток соответственно. Соответственно, для вторичной обмотки

 ; . (7.2)

Общий магнитный поток , где  круговая частота. При таких обозначениях получим мгновенное значение ЭДС

 . (7.3)

Действующее значение ЭДС находим по формуле

  . (7.4) 

Соответственно,

 

Коэффициент трансформации находим следующим образом:

 . (7.5)

В технике коэффициент трансформации приблизительно равен отношению чисел витков обмоток трансформатора, так как он вычисляется по формуле

, где на холостом ходу, изза наличия падений

напряжения на внутренних сопротивлениях первичной обмотки. Эти падения напряжения небольшие, так как ток холостого хода тоже небольшой.

Коэффициент трансформации основная характеристика трансформатора:

1) если , трансформатор понижающий;

2) если , трансформатор повышающий.

Режим холостого хода это режим, при котором , то есть нагрузка отсутствует, а  создает магнитный поток в магнитопроводе.


Решение задач по электротехнике