Prinsip operasi dan peranti pengubah satu fasa

Transformer tanpa beban fasa tunggal

Transformer dalam kejuruteraan elektrik dipanggil peranti elektrik sedemikian di mana tenaga elektrik arus ulang-alik dari satu gegelung tetap wayar dipindahkan ke gegelung tetap wayar lain yang tidak disambungkan secara elektrik kepada yang pertama.

Pautan yang menghantar tenaga dari satu gegelung ke gegelung yang lain ialah fluks magnetik, yang saling mengunci dengan dua gegelung dan sentiasa berubah dalam magnitud dan arah.

nasi. 1.

Dalam rajah. 1a menunjukkan pengubah termudah yang terdiri daripada dua belitan / dan / / disusun secara sepaksi satu di atas yang lain. Kepada gegelung / dihantar arus ulang alik daripada alternator D. Belitan ini dipanggil belitan primer atau belitan primer. Dengan belitan // dipanggil belitan sekunder atau belitan sekunder, litar disambungkan melalui penerima tenaga elektrik.

Prinsip operasi pengubah

Tindakan pengubah adalah seperti berikut. Apabila arus mengalir dalam belitan primer / ia dicipta medan magnet, garisan daya yang menembusi bukan sahaja ke dalam belitan yang menciptanya, tetapi juga sebahagiannya ke dalam belitan sekunder //. Gambar anggaran taburan garis daya yang dicipta oleh belitan primer ditunjukkan dalam Rajah. 1b.

Seperti yang dapat dilihat dari rajah, semua garis daya ditutup di sekeliling konduktor gegelung /, tetapi sebahagian daripadanya dalam rajah. 1b, wayar elektrik 1, 2, 3, 4 juga ditutup di sekeliling wayar gegelung //. Oleh itu gegelung // digandingkan secara magnetik kepada gegelung / melalui garis medan magnet.

Tahap gandingan magnet bagi gegelung /dan //, dengan susunan sepaksinya, bergantung pada jarak antara mereka: semakin jauh gegelung antara satu sama lain, semakin kurang gandingan magnet di antara mereka, kerana semakin sedikit garis daya pada gegelung /melekat pada gegelung //.

Oleh kerana gegelung / melepasi, seperti yang kita andaikan, arus ulang alik fasa tunggal, iaitu arus yang berubah mengikut masa mengikut beberapa hukum, contohnya, mengikut hukum sinus, maka medan magnet yang dicipta olehnya juga akan berubah mengikut masa mengikut hukum yang sama.

Sebagai contoh, apabila arus dalam gegelung / melalui nilai terbesar, maka fluks magnet yang dihasilkan olehnya juga melalui nilai terbesar; apabila arus dalam gegelung / melalui sifar, menukar arahnya, maka fluks magnet juga melalui sifar, juga mengubah arahnya.

Hasil daripada menukar arus dalam gegelung /, kedua-dua gegelung / dan // ditembusi oleh fluks magnet, sentiasa mengubah nilai dan arahnya. Mengikut undang-undang asas aruhan elektromagnet, untuk setiap perubahan dalam fluks magnet yang menembusi gegelung, arus ulang-alik teraruh dalam gegelung. daya elektromotif… Dalam kes kami, daya gerak elektrik aruhan diri teraruh dalam gegelung /, dan daya gerak elektrik aruhan bersama teraruh dalam gegelung //.

Jika hujung gegelung // disambungkan kepada litar penerima tenaga elektrik (lihat Rajah 1a), maka arus akan muncul dalam litar ini; oleh itu penerima akan menerima kuasa elektrik. Pada masa yang sama, tenaga akan diarahkan ke belitan /daripada penjana, hampir sama dengan tenaga yang diberikan kepada litar oleh belitan //. Dengan cara ini, tenaga elektrik daripada satu gegelung akan dihantar ke litar gegelung kedua, yang sama sekali tidak berkaitan dengan gegelung pertama secara galvani (logam).Dalam kes ini, cara penghantaran tenaga hanyalah fluks magnet berselang-seli.

Ditunjukkan dalam rajah. 1a, pengubah adalah sangat tidak sempurna kerana terdapat sedikit gandingan magnet antara belitan primer /dan belitan sekunder //.

Gandingan magnet dua gegelung, secara amnya, dianggarkan oleh nisbah fluks magnet yang digabungkan dengan dua gegelung kepada fluks yang dicipta oleh satu gegelung.

Rajah. 1b, dapat dilihat bahawa hanya sebahagian daripada garis medan gegelung /ditutup di sekeliling gegelung //. Bahagian lain talian kuasa (dalam Rajah 1b — talian 6, 7, 8) ditutup hanya di sekeliling gegelung /. Talian kuasa ini sama sekali tidak terlibat dalam pemindahan tenaga elektrik dari gegelung pertama ke gegelung kedua, ia membentuk medan sesat yang dipanggil.

Untuk meningkatkan gandingan magnet antara belitan primer dan sekunder dan pada masa yang sama untuk mengurangkan rintangan magnet untuk laluan fluks magnet, belitan pengubah teknikal diletakkan pada teras besi tertutup sepenuhnya.

Contoh pertama pelaksanaan transformer ditunjukkan secara skematik dalam rajah. 2 pengubah fasa tunggal jenis rod yang dipanggil. Gegelung primer dan sekundernya c1 dan c2 terletak pada rod besi a — a, disambungkan pada hujungnya dengan plat besi b — b, dipanggil kuk. Dengan cara ini, dua batang a, a dan dua kuk b, b membentuk gelang besi tertutup, yang melepasi fluks magnet yang disekat dengan belitan primer dan sekunder. Cincin besi ini dipanggil teras pengubah.

nasi. 2.

Penjelmaan kedua transformer ditunjukkan secara skematik dalam rajah. 3 pengubah fasa tunggal daripada jenis perisai yang dipanggil. Dalam pengubah ini belitan primer dan sekunder c, setiap satu terdiri daripada barisan belitan rata, diletakkan pada teras yang dibentuk oleh dua bar dua gelang besi a dan b. Cincin a dan b yang mengelilingi belitan menutupinya hampir keseluruhannya dengan perisai, oleh itu pengubah yang diterangkan dipanggil berperisai. Fluks magnet yang melalui dalam gegelung c dibahagikan kepada dua bahagian yang sama, setiap satunya disertakan dalam gelang besinya sendiri.

nasi. 3

Penggunaan litar magnet besi tertutup dalam transformer mencapai pengurangan ketara dalam arus bocor. Dalam transformer sedemikian, fluks yang disambungkan ke belitan primer dan sekunder hampir sama antara satu sama lain. Jika kita mengandaikan bahawa belitan primer dan sekunder ditembusi oleh fluks magnet yang sama, kita boleh menulis ungkapan berdasarkan jumlah kejutan teraruh untuk nilai serta-merta daya gerak elektrik belitan:

Dalam ungkapan ini, w1 dan w2 — bilangan lilitan belitan primer dan sekunder, dan dFt ialah magnitud perubahan dalam belitan penembusan fluks magnet setiap elemen masa dt, oleh itu terdapat kadar perubahan fluks magnet. . Daripada ungkapan terakhir, hubungan berikut boleh diperolehi:

i.e. ditunjukkan dalam belitan primer dan sekunder / dan // daya gerak elektrik seketika berkait antara satu sama lain dengan cara yang sama seperti bilangan lilitan gegelung. Kesimpulan terakhir adalah sah bukan sahaja berkenaan dengan nilai serta-merta daya gerak elektrik, tetapi juga berkenaan dengan nilai terbesar dan berkesannya.

Daya gerak elektrik yang teraruh dalam belitan primer, sebagai daya gerak elektrik aruhan kendiri, hampir mengimbangi sepenuhnya voltan yang digunakan pada belitan yang sama... Jika dengan E1 dan U1 anda menunjukkan nilai berkesan daya gerak elektrik daripada penggulungan utama dan voltan yang dikenakan padanya, maka anda boleh menulis:

Daya gerak elektrik yang teraruh dalam belitan sekunder, dalam kes yang sedang dipertimbangkan, adalah sama dengan voltan merentasi hujung belitan ini.

Jika, seperti yang sebelumnya, melalui E2 dan U2 anda menunjukkan nilai berkesan daya gerak elektrik penggulungan sekunder dan voltan di hujungnya, maka anda boleh menulis:

Oleh itu, dengan menggunakan beberapa voltan pada satu belitan pengubah, anda boleh mendapatkan sebarang voltan di hujung gegelung yang lain, anda hanya perlu mengambil nisbah yang sesuai antara bilangan lilitan gegelung ini. Inilah sifat utama transformer.

Nisbah bilangan lilitan belitan primer kepada bilangan lilitan belitan sekunder dipanggil nisbah penjelmaan pengubah... Kami akan menandakan pekali transformasi kT.

Oleh itu, seseorang boleh menulis:

Pengubah yang nisbah penjelmaannya kurang daripada satu dipanggil pengubah injak naik, kerana voltan penggulungan sekunder, atau yang dipanggil voltan sekunder, adalah lebih besar daripada voltan penggulungan primer, atau yang dipanggil voltan primer. . Transformer dengan nisbah transformasi lebih besar daripada satu dipanggil transformer injak turun, kerana voltan sekundernya kurang daripada primer.

Operasi pengubah satu fasa di bawah beban

Semasa melahu pengubah, fluks magnet dicipta oleh arus belitan primer atau sebaliknya oleh daya magnetomotif belitan primer. Oleh kerana litar magnet pengubah diperbuat daripada besi dan oleh itu mempunyai rintangan magnet yang rendah, dan bilangan lilitan penggulungan primer secara amnya diandaikan besar, arus tanpa beban pengubah adalah kecil, ia adalah 5- 10% daripada biasa.

Jika anda menutup gegelung sekunder kepada beberapa rintangan, maka dengan kemunculan arus dalam gegelung sekunder, daya magnetomotif gegelung ini juga akan muncul.

Mengikut undang-undang Lenz, daya magnetomotif gegelung sekunder bertindak terhadap daya magnetomotif gegelung primer

Nampaknya fluks magnet dalam kes ini harus berkurangan, tetapi jika voltan malar digunakan pada belitan primer, maka hampir tidak akan ada penurunan fluks magnet.

Malah, daya gerak elektrik teraruh dalam belitan primer apabila pengubah dimuatkan hampir sama dengan voltan yang digunakan. Daya gerak elektrik ini adalah berkadar dengan fluks magnet.Oleh itu, jika voltan primer adalah malar dalam magnitud, maka daya gerak elektrik di bawah beban harus kekal hampir sama seperti semasa operasi tanpa beban pengubah. Keadaan ini membawa kepada kestabilan hampir lengkap fluks magnet di bawah sebarang beban.

Oleh itu, pada nilai malar voltan primer, fluks magnet pengubah hampir tidak berubah dengan perubahan beban dan boleh diandaikan sama dengan fluks magnet semasa operasi tanpa beban.

Fluks magnet pengubah boleh mengekalkan nilainya di bawah beban hanya kerana apabila arus muncul dalam belitan sekunder, arus dalam belitan primer juga meningkat, sehinggakan perbezaan antara daya magnetomotif atau lilitan ampere primer dan sekunder. belitan kekal hampir sama dengan daya magnetomotif atau pusingan ampere semasa melahu ... Oleh itu, kemunculan daya magnetomotif penyahmagnetan atau pusingan ampere dalam belitan sekunder disertai dengan peningkatan automatik dalam daya magnetomotif belitan primer.

Oleh kerana, seperti yang dinyatakan di atas, daya magnetomotif kecil diperlukan untuk mencipta fluks magnet pengubah, boleh dikatakan bahawa peningkatan daya magnetomotif sekunder disertai dengan peningkatan daya magnetomotif primer, yang hampir sama dalam magnitud.

Oleh itu, seseorang boleh menulis:

Daripada kesamarataan ini, ciri utama kedua pengubah diperolehi, iaitu nisbah:

di mana kt ialah faktor transformasi.

Oleh itu, nisbah arus belitan primer dan sekunder pengubah adalah sama dengan satu dibahagikan dengan nisbah transformasi.

Jadi, ciri-ciri utama transformer mempunyai hubungan

dan

Jika kita mendarabkan bahagian kiri hubungan dengan satu sama lain dan bahagian kanan dengan satu sama lain, kita mendapat

dan

Kesamaan terakhir memberikan ciri ketiga pengubah, yang boleh dinyatakan dalam kata-kata seperti ini: kuasa yang dihantar oleh belitan sekunder pengubah dalam volt-ampere hampir sama dengan kuasa yang dihantar ke belitan primer juga dalam volt-ampere .

Sekiranya kita mengabaikan kehilangan tenaga dalam kuprum belitan dan dalam besi teras pengubah, maka kita boleh mengatakan bahawa semua kuasa yang dibekalkan kepada belitan utama pengubah dari sumber kuasa dipindahkan ke belitan sekundernya, dan pemancar ialah fluks magnet.