Конспект по физике на тему: "Трансформаторлар" (11 класс)

Трансформаторлар

Трансформатор дегеніміз бір кернеудегі айнымалы токты сол жиіліктегі айнымалы токтың екінші кернеуіне түрлендіретін статикалық электр-магниттік аппарат.

Трансформаторлар іс жүзінде электр энергиясын үлкен қашықтыққа беру, энергияны қабылдағыштар арасында тарату үшін және әртүрлі түзеткіш, күшейткіш т. б. құрылғаларда кеңінен қолданылып отыр.

Трансформатордыц бос жүрісі ксзіпде (жүктемесіз жұмыс) оның екіншіреттік орамасы ажыратылған күйде болады да бұл орамдан ток жүрмейді. Біріпшіреттік орамада бұл кезде нақтылы жүктеме кезінде жүретін токтан  кіші бос жүріс тогы I₀ жүреді. Бос жүрістің магниттік қозғаушы күші I₀W₁ айнымалы магинттік ағын қоздырады, ол магннттік өткізгіш аркылы тұйықталып бірінші және екіншіреттік орамаларда ЭҚК индукциялайды.

Егер трансформатордыц біріншіреттік орамасы кернеуі синусоидалық заң бойынша өзгеретін желіге қосылатын болса, онда. магнитік өткізішіндегі магниттік ағын да синусойда заңымен  өзгереді:

Ф-Ф_м sinwt.

   Трансформатор жүктеліп жұмыс істегенде оның бірінші және екіншіреттік орамаларында Ф_S1 және Ф_S2 сейілу ағындарын тудыратын токтар жүреді. Бұл магниттік ағындар Ф_т тек өзін туғызған орамалардың орамдарымен ғана байланысқан және әрқашан трансформатордың магниттік еткізгішімен (болатпен) тұйықталатын негізгі магниттік ағыннан кем болады, өйткені сейілу ағындары негізінен магниттік емес ортамен тұйықталады.

Әрбір жұмыстық кернеуге жеке трансформатор орнатпау үшін бір трансформаторға бірнеше орам сандары әртүрлі екіншіреттік орамалар жасау тиімді. Мұндай көпорамалы трансформаторлар деп аталатын трансформаторлар радиоқабылдағыштарда, теледидарларда күшейткіштерде т. б. бірнеше айнымалы кернеуді қажет ететін аппараттарда кеңінен қолданылады. Орам сандарының қатынасы олардың кернеулерімен анықталады, яғни  w₂/w₁ = U₂/U₁ ;  w₃/w₁ = w₃/w_{1 =} U₃/U; …

Біріншіреттік ораманың тогы екіншіреттік орамалар токтары-ның қосындысына тең: I₁ = I₂ U₂/ U₁ + I₃ U3/ U₁ + …

                        а)                                        б)                                 в)

78-сурет.  Үш  фазалы  трансформатор  құрылымының  схемасы:

а— үш   бір   фазалы   трансформатордікі,   б— үш   бір   фазалы   трансформатор   бір   магниттік

өткізгішке   біріктірілген,   в — үш   фазалы   стержепді   трансформатордың   схемасы

   Үш фазалы трансформаторлардың орамаларының конструкциясы бір фазалық трансформаторлардыкіне ұқсас. Жоғары кернеу орамасының фазалар басы А, В, С бас әріптерімен, ал фазалардың соңы —X, Ү, Z әріптерімен белгіленеді. Егер жоғары кернеулік ора-маның сыртқа шығарылатын нольдік нүктесі болса, онда бұл қыс-қышты ноль санымен (0) белгілейді. Төменгі кернеу орамасының фазалар басы а, в, с, ал фазалар соңы— х, ү, z әріптерімен, нольдік нүкте шықпасы 0-мен белгіленеді.

Үш фазалы трансформаторлардың орамалары жұлдызша және үшбұрыштан қосылуы мүмкін.

Трансформаторды сынау үшін бос жүріс және қысқа тұйықталу тәжірибесі қолданылады. Бос жүріс тәжірибесінде (79, а-сурет) трансформатордың екінші орамы ажыратылған, сондықтаи бұл орамда ток жоқ (І₂ = 0).

Екінші реттік орама қысқа тұпықталган ксзде трансформатордың кедергісі өте аз, ал қыска тұнықталу тогы пақтылы (номинал) токтан көптеген есе үлкен болады. Мұндай үлкен ток трансформатор орамдарын қатты қыздырып оны істен шығарады. Сондықтан трансформаторларды қысқа тұйықталу кезінде ажыратып тастайтын қорғаныс құрамдарымен жабдықтайды. Қысқа тұйықталу тәжірибесінде трансформатордың екіншіреттік орамы қысқа тұйықталған (79, б-сурет), яғни екінші реттік орам қысқыштарындағы кернеу нольге тең. Трансформатордың бірінші реттік орамына желіден төмендетілген кернеу беру арқылы оның орамаларында нақтылы (номинал) токтар алады. Мұндай төмендетілген кернеу қысқа тұйықталу кернеуі деп аталады жәпе пақтылы (номинал) кернеу мөлшерінің процептімен и_к ( % ) анықталады.

Трансформатордың қысқа тұйықталу кедергілері: аткивтік, рсактивтік, және толық кедергісі мына формулалармен анықталады:

R_К = Р_К/І²; Z_К = U_к/I; Х_к   = √ Z_К² - R_К² мұндағы, U_к , I және Р  - трансформатордың біріпші реттік орамасыпыц тізбсгіпе қо-сылған өлшеуіш аспаптарымсп көрсетілстін кернсу, ток және қуат.

                               

79-сурет. Бос жүріс тожірибесінің схемасы   (а)   және тран форматордыц қысқа тұйыкталу тәжірибесінің схемасы

Трансформатордың пайдалы жұмыс коэффпциснті (ПЖК) деп трансформатордыц пайдалы қуатының Р₂ оның электр энергиясы көзінің желісінен   тұтынған қуатына Р₁   қатынасын   айтады яғни  η = Р₂ / Р₁

Тұтынылатын қуат Р₁ әрқашан пайдалы қуаттан Р₂ артық болады, өйткені трансформатор жұмысы кезінде ол түрлендірген энергияның бір бөлігі шығындалады. Трансформатордағы шығын магниттік өткізгіштің болатында Рбол және орамаларда Рор болатын қуат шығындардан тұрады.

Сонымен, трансформатордың тұтынатын қуаты мынадай өрнекпен анықталады: Р₁ = Р₂ +Рбол + Ро_Р .

Трансформатордың пайдалы қуатын былай табуға болады:

 бір фазалы трансформатор үшін Р₂= U₂ I₂ соs φ₂,

үш фазалы трансформатор үшін Р₂=√ 3  U₂ • I₂ соs φ₂.

Осыған орай бір фазалы және үш фазалы траисформаторлардың пайдалы жұмыс коэффициенттерін (ПЖК) мынау өрнектерден табуға болады:

     η =         U₂ I₂ соs φ₂                               η =        √ 3 U₂ I₂ соs φ₂  

              U₂ I₂ соs φ₂ + Рбол + Ро_Р                             √ 3 U₂ I₂ соs φ₂ + Рбол + Ро_Р