Сварочные трансформаторы

Трансформатором называется электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования одной—первичной—системы переменного тока в другую—вторичную, имеющую другие характеристики, в частности другое напряжение.

Трансформатор состоит из замкнутого сердечника (рис.2.1), выполненного из специальной листовой электротехнической стали, и двух или нескольких

электрически не связанных между собой обмоток. Если одна из обмоток (первичная) включена в сеть с переменным напряжением u₁ , то переменный ток i₁ этой обмотки создает в стальном сердечнике переменный магнитный поток j₀, сцепляющийся с обеими обмотками трансформатора. По закону электромагнитной индукции этот поток наводит ЭДС в обеих обмотках. К зажимам вторичной обмотки можно подключить приемник электроэнергии (нагрузку). Тогда в замкнутой цепи, состоящей из обмотки 2 и нагрузки, под влиянием ЭДС будет переменный ток i₂ и на зажимах обмотки—переменное напряжение u₂ . Магнитный поток при нагрузке создается токами i₁ и i₂ и по-прежнему обеспечивает магнитную связь между обмотками трансформатора, благодаря которой осуществляется передача электроэнергии от первичной обмотки ко вторичной.

Рис.2.1. Схема трансформатора.

Величины, характеризующие условия работы, на которые рассчитан трансформатор, называются номинальными. Основные из них указываются на паспортном щитке.

Номинальной мощностью трансформатора называется полная мощность трансформатора на зажимах вторичной обмотки.

Номинальным напряжением обмотки трансформатора, не имеющей ответвлений, называется напряжение между зажимами обмотки при холостом ходе трансформатора.

Номинальный ток обмотки трансформатора соответствует номинальной мощности и номинальному напряжению.

Коэффициентом трансформации называется отношение числа витков первичной обмотки w₁ к числу витков вторичной обмотки w₂

K = w₁/w₂ .

При этом U₁ = k* U₂ , a I₁ = I₂/ k .

Изучение работы трансформатора под нагрузкой основывается на изучении двух предельных режимов его работы: холостого хода и короткого замыкания.

Под холостым ходом трансформатора понимают такой режим его работы, при котором к зажимам первичной обмотки подводится номинальное напряжение, а вторичная обмотка разорвана, т. е. вторичный ток равен нулю (дать схему). При этом измеряются ток первичной обмотки I₀ и потребляемая мощность (активная) Р₀ .

Под коротким замыканием трансформатора понимают такой режим работы, при котором его вторичная обмотка замкнута накоротко и вторичное напряжение равно нулю. При этом первичное напряжение уменьшают с таким расчетом, чтобы токи в первичной и вторичной обмотках были равны номинальным. Измеряют напряжение короткого замыкания U_кз, токи в первичной и вторичной обмотках I₁, I₂ , а также потребляемую мощность P_кз.

Изучение режимов холостого хода и короткого замыкания трансформатора важно в двух отношениях. Во-первых, можно рассматривать любой нагрузочный режим трансформатора как промежуточный между двумя предельными режимами его работы и получить этот нагрузочный режим путем наложения одного предельного режима на другой. Во-вторых, холостой ход и короткое замыкание трансформатора позволяют определить ряд величин, имеющих весьма важное значение для эксплуатации трансформатора. Эти режимы позволяют определить расчетным или опытным путем следующие характерные для трансформаторов величины: потери холостого хода, ток холостого хода, намагничивающий ток, полное сопротивление трансформатора.

При холостом ходе под действием напряжения U₁ по первичной обмотке потечет ток I₀ , называемым током холостого хода. Этот ток создает намагничивающую силу I₀w₁ , где w₁ – количество витков первичной обмотки. Последняя вызывает появление магнитного потока, большая часть которого замыкается по стали сердечника и, будучи сцеплена с обеими обмотками тр-ра, образует основной магнитный поток φ₀ . Значительно меньшая часть потока замыкается вне сердечника и сцепляется только с первичной обмоткой. Эта часть потока образует первичный поток φ_σ1 рассеяния. Уравнение напряжений и ЭДС при холостом ходе трансформатора

U₁ = E₁ + E_σ1 + I₀R1 ,

где U₁ – первичное напряжение, приложенное к трансформатору, В; E₁ – э.д.с первичной обмотки, В; E_σ1 – э.д.с рассеяния первичной обмотки, В; I₀ – ток холостого хода, А; R₁ – активное сопротивление первичной обмотки, Ом.

При включении нагрузки ток во вторичной обмотке i₂ также создаст магнитный поток, часть которого сцепляется только со вторичной обмоткой. Эта часть потока вторичный поток рассеяния φ_σ2. Первичная обмотка с первичным потоком рассеяния и вторичная обмотка с вторичным потоком рассеяния представляют собой катушки с индуктивностями рассеяния L_σ1 и L_σ2, которым соответствуют индуктивные сопротивления рассеяния

x_σ1 = 2πfL_σ1; x_σ2 = 2πfL_σ2.

Для облегчения рассмотрения работы трансформатора пользуются способом, при котором обе обмотки трансформатора приводятся к одному и тому же числу витков. Обычно вторичную обмотку приводят к первичной. Для этого пересчитывают вторичную обмотку, имеющую W ₂ витков, на эквивалентную ей приведенную обмотку, имеющую такое же количество витков как и первичная обмотка, с условием, чтобы эта операция приведения вторичной обмотки к первичной не отразилась на режиме работы первичной цепи, т.е. магнитный поток и мощность трансформатора сохранились без изменений. Все величины, относящиеся к приведенной вторичной обмотке, называются приведенными и обозначаются теми же символами, что и действительные величины, но со штрихом сверху:

E^’₂ , I^’₂ , r^’₂ , x ^‘₂ и т.д.

Тогда приведенные ЭДС, ток и сопротивления вторичной обмотки

Е^’₂ = Е₂w₁/w₂ = E₂k; I^’₂ = I₂/k; r^’₂ = r₂k²; x^’₂ = x₂k² .

Наличие магнитной связи между обмотками затрудняет исследование работы трансформатора, поэтому для определения изменения вторичных величин при нагрузке используется электрическая схема замещения трансформатора (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Схема замещения трансформатора.