Новосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое




НазваниеНовосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое
страница5/20
Дата23.05.2013
Размер0.84 Mb.
ТипЛабораторная работа
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   20

5. Трансформатор


Среди приборов переменного тока, нашедших широкое применение в технике, значительное место занимают трансформаторы. Принцип действия трансформаторов, применяемых для повышения или понижения напряжения переменного тока, основан на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор состоит из сердечника замкнутой формы из магнитомягкого материала, на который намотаны две обмотки: первичная и вторичная (рис. 1.12).

Первичная обмотка подсоединяется к источнику переменного тока с ЭДС , поэтому в ней возникает ток , создающий в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток Ф, который практически без рассеяния циркулирует по замкнутому магнитному сердечнику и, следовательно, пронизывает все витки первичной и вторичной обмоток. В режиме холостого хода, то есть при разомкнутой цепи вторичной обмотки, ток в первичной обмотке весьма мал из-за большого индуктивного сопротивления обмотки. В этом режиме трансформатор потребляет небольшую мощность.



Рис. 1.12. Простейший трансформатор и его условное изображение на схемах.
и – количество витков в обмотках

Ситуация резко меняется, когда в цепь вторичной обмотки включается сопротивление нагрузки R и в ней возникает переменный ток . Теперь полный магнитный поток Ф в сердечнике создается обоими токами. Но согласно правилу Ленца магнитный поток , создаваемый индуцированным во вторичной обмотке током , направлен навстречу потоку , создаваемому током в первичной обмотке:

. (1.27)

Отсюда следует, что токи и изменяются в противофазе, то есть имеют фазовый сдвиг, равный 180 °.

Другой важный вывод состоит в том, что ток в первичной обмотке в режиме нагрузки значительно больше тока холостого хода. Это следует из того, что полный магнитный поток Ф в сердечнике должен быть в режиме нагрузки таким же, как и в режиме холостого хода, так как напряжение на первичной обмотке в обоих случаях одно и то же. Это напряжение равно ЭДС источника переменного тока. Так как магнитные потоки и пропорциональны и , можно записать для первичной обмотки:

. (1.28)

Для вторичной обмотки:

, . (1.29)

Следовательно:

. (1.30)

Знак минус означает, что напряжения и находятся в противофазе, так же как и токи и в обмотках. Поэтому фазовый сдвиг между напряжением и током в первичной обмотке равен фазовому сдвигу между напряжением и током во вторичной обмотке. Если нагрузкой вторичной обмотки является активное сопротивление R, то .

Для амплитудных значений напряжений на обмотках можно записать:

. (1.31)

Коэффициент K есть коэффициент трансформации. При K > 1 трансформатор называется повышающим, при K < 1 – понижающим.

Эти соотношения, строго говоря, применимы только к идеальному трансформатору, в котором нет рассеяния магнитного потока и отсутствуют потери энергии на джоулево тепло. Эти потери могут быть связаны с наличием активного сопротивления самих обмоток и возникновением индукционных токов (токов Фуко) в сердечнике. Для уменьшения токов Фуко сердечники трансформатора изготавливают обычно из тонких стальных листов, изолированных друг от друга. Существует еще один механизм потерь энергии, связанный с гистерезисными явлениями в сердечнике. При циклическом перемагничивании ферромагнитных материалов возникают потери электромагнитной энергии, прямо пропорциональные площади петли гистерезиса.

У хороших современных трансформаторов потери энергии при нагрузках, близких к номинальным, не превышает 1–2 %, поэтому к ним приближенно применима теория идеального трансформатора.

Если пренебречь потерями энергии, то мощность P1, потребляемая идеальным трансформатором от источника переменного тока, равна мощности P2, передаваемой нагрузке.

, .

Отсюда следует, что:

.

То есть токи в обмотках обратно пропорциональны числу витков. Принимая во внимание, что , можно получить следующее соотношение:

. (1.32)




Рис. 1.13. Трансформатор без ферромагнитного сердечника: а) схематическое обозначение; б) эквивалентная схема замещения трансформатора
Отношение можно рассматривать как эквивалентное активное сопротивление первичной цепи, когда вторичная обмотка нагружена на сопротивление R. Таким образом, трансформатор «трансформирует» не только напряжения, но и сопротивления.

Т-образная схема заме­щения трансформатора. Рассмотрим на примере трансформатора без ферромагнитного сердечника (рис. 1.13 а).

Трансформатор можно представить как двухконтурную цепь. В таком случае, для каждого контура можно записать уравнения Кирхгофа:

(1.33)

где М – это взаимная индуктивность, которая определяется как:

. (1.34)

Здесь и – количество витков первичной и вторичной обмоток,  – часть потока, образованная первичной катушкой, пронизывающая вторичную катушку, – часть потока, образованная вторичной катушкой, пронизывающая первичную катушку.

Если напряжения и токи – гармонические функции, то уравнения (1.33) можно записать в комплексной форме:

. (1.35)
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   20

Похожие:

Новосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое iconФакультет радиофизики и электроники кафедра информатики исследование эффективности реализации численных методов на кластерах персональных ЭВМ
Министерство образования республики беларусь белорусский государственный университет
Новосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое iconНовосибирский государственный университет экономический факультет кафедра теоретической экономии
Моделирование финансово-производственной деятельности малого предприятия 19
Новосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое iconНовосибирский государственный университет геолого-геофизический факультет Кафедра минералогии и петрографии Онтогения минералов
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего специального образования
Новосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое iconНовосибирский государственный университет геолого-геофизический факультет Кафедра минералогии и петрографии Петрография осадочных пород
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего специального образования
Новосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое iconНовосибирский государственный университет геолого-геофизический факультет Кафедра минералогии и петрографии Методы расчета минеральных равновесий
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего специального образования
Новосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое iconНовосибирский государственный университет геолого-геофизический факультет Кафедра общей и региональной геологии
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего специального образования по специальности...
Новосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое iconНовосибирский государственный университет геолого-геофизический факультет Кафедра общей и региональной геологии
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего специального образования по специальности...
Новосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое iconНовосибирский государственный университет геолого-геофизический факультет Кафедра общей и региональной геологии
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего специального образования по специальности...
Новосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое iconМинистерство общего и профессионального образования российской федерации кемеровский государственный университет физический факультет кафедра общей физики дударева
Формирование и развитие основных понятий геометрической оптики в курсе физики средней школЫ
Новосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое iconП. М. Михеев Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, физический факультет и международный учебно-научный лазерный центр мгу 119992, гсп-2, Москва, Ленинские горы, мгу, млц мгу
...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница