Магнитная цепь с переменной МДС

Физические процессы в цепях переменного тока, содержащих катушку со стальным сердечником, имеют ряд особенностей по сравнению с процессами в цепях постоянного тока. Ферромагнитные элементы в цепях переменного тока имеют дополнительные потери в сердечнике на гистерезис и вихревые токи. Для снижения потерь стальной сердечник выполняют наборным из тонких изолированных друг от друга пластин.

Вихревые токи.

Потери в сердечнике Р_В увеличиваются при повышении частоты питающего напряжения. Переменный магнитный поток Ф наводит в стальном сердечнике вихревые токи (токи Фуко). Эти токи вызывают нагрев стали, снижая тем самым КПД и ограничивая нагрузочную способность электромагнитных устройств.

P_в = k_в f² B_m² d² / ρ,

где k_в – коэффициент, определяемый экспериментально; f – частота перемагничивания стали; B_m – максимальная магнитная индукция; d – толщина листа электротехнической стали сердечника; ρ – удельное сопротивление материала сердечника.

Потери на гистерезис.

P_г = k_г f B_m² G,

где k_г – постоянный коэффициент; G – вес сердечника в килограммах.

Назначение, устройство и принцип работы однофазного трансформатора.

Трансформатором называют устройство, имеющее две или большее число обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока. Трансформаторы имеют высокий КПД — свыше 99 %.

Схематическое устройство трансформатора. 1 — первичная обмотка, 2 — вторичная

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

1. Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)
2. Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)

На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток намагничивания создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока.

Внешняя характеристика трансформатора. КПД и паспортные данные. Потери в трансформаторе.

Внешняя характеристика – это зависимость напряжения на выводах трансформатора от тока, протекающего через нагрузку, подключенную к этим выводам, т.е. зависимость U2=f(I2) при U1=const.

При изменении нагрузки (тока I2) вторичное напряжение трансформатора изменяется. Это объясняется изменением падения напряжения на сопротивлении вторичной обмотки I2'z2 и изменением ЭДС E2'=E1 за счет изменения падения напряжения на сопротивлении первичной обмотки. U2 зависит как от значения нагрузки, так и ее характера: активного, индуктивного или емкостного.

Коэффициент полезного действия.

КПД трансформатора называется отношение отдаваемой (полезной) электрической мощности P2 к потребляемой P1: η = P2/P1

Паспортные данные

1. Номинальная мощность

2. Номинальное напряжение

3. Номинальный ток трансформатора

4. Частота питающего напряжения

5. Напряжение кроткого замыкания, выраженное в процентах по отношению к номинальному напряжению первичной обмотки

6. Режим работы (продолжительный или кратковременный)

7. Масса

Потери в трансформаторах

Степень потерь (и снижения КПД) в трансформаторе зависит от качества, конструкции и материала сердечника. Потери в стали обусловлены потерями на нагрев сердечника, на гистерезис и вихревые токи.

Определение параметров схемы замещения однофазного трансформатора из опытов холостого хода и короткого замыкания.