skanuj0007(5)

TRANSFORMATORY

2.1.    ZASADA DZIAŁANIA I ZASADA BUDOWY

•2.1 •    Jak działa transformator?

Transformator przetwarza energię elektryczną jednego rodzaju (o danych parametrach) na energię elektryczną drugiego rodzaju (o innych parametrach) za pomocą pola elektromagnetycznego, bez udziału ruchu.

•2.1 • Ilustracja zasady działania transformatora

Zasadę działania transformatora można wyjaśnić na podstawie rys. 2.1. Transformator ma rdzeń z blach elektrotechnicznych, tworzący obwód zamknięty dla strumienia magnetycznego <£, oraz nawinięte na nim przewodem miedzianym dwa (najczęściej) uzwojenia o liczbach zwojów N_l i N₂. Liczba zwojów N_x jest najczęściej różna od liczby zwojów N₂. Jeśli do uzwojenia o liczbie zwojów N_t zostanie doprowadzone napięcie u_l5 to popłynie prąd i_lt wywołujący stru-

mień magnetyczny, którego zasadnicza część <f> popłynie przez rdzeń magnetyczny, kojarząc się z obydwoma uzwojeniami transformatora. Część strumienia magnetycznego, oznaczona 0_a{ zamknie się przez powietrze, kojarząc się tylko z uzwojeniem o liczbie zwojów N,. Strumień 0 nazywa się strumieniem, głównym, a strumień $_CTl strumieniem rozproszonym.

Strumień <£_al przechodzi głównie przez powietrze, a więc przez ośrodek o małej przewodności magnetycznej. Strumień 0 przechodzi przez rdzeń żelazny, a więc przez ośrodek magnetyczny o dużej przewodności magnetycznej. Dlatego strumień rozproszony 0_cl jest znacznie mniejszy od strumienia głównego 0. Zwykle 0_ol wynosi kilka procent strumienia 0. Jeśli napięcie u_{ jest napięciem przemiennym, to prąd jest prądem przemiennym oraz strumienie 0 i 0_ol są strumieniami przemiennymi. Wtedy — zgodnie z prawem indukcji magnetycznej — w uzwojeniach transformatora indukują się napięcia odpowiednio proporcjonalne do liczb zwojów N₂ i N₂ oraz do strumienia 0. Przy napięciu zasilającym u_x sinusoidalnie zmiennym, napięcia indukowane u_n i u_i2 są także sinusoidalnie zmienne. Jeśli do uzwojenia o liczbie zwojów N₂ zostanie dołączony odbiornik o im-pedancji Z, to przez to uzwojenie popłynie prąd i₂. Moc dostarczona do transformatora U₁I₁ jest w przybliżeniu równa mocy odprowadzonej od transformatora, czyli U₁I_l U₂I₂, więc

W takim stanie, zwanym stanem obciążenia, prąd i_l wywołuje strumień główny 0_gl i strumień rozproszony <£_al, a prąd i₂ wywołuje strumień główny 0_g2 i strumień rozproszony 0_a2. Strumień 0_c2 jest skojarzony tylko z uzwojeniem o liczbie zwojów N₂. Strumień $_g2 przy przebiegach sinusoidalnych jest skierowany prawie przeciwnie niż strumień 0 _x (przesunięty w fazie prawie o 180°). Te dwa strumienie tworzą wspólny strumień wypadkowy 0, skojarzony z obydwoma uzwojeniami. Jeśli impedancja odbiornika Z maleje, to prąd I₂ wzrasta, strumień 0 ₂ wzrasta, strumień wypadkowy 0 chwilowo maleje, napięcie U_{1 indukowane^1} w uzwojeniu o liczbie zwojów N_t (przeciwstawiające się płynięciu prądu I_}) chwilowo maleje, prąd I_x wzrasta, strumień <Z>_gl wzrasta aż strumień wypadkowy ponownie wzrośnie prawie do poprzedniej swojej wartości. Na tej podstawie można stwierdzić, że przy wzroście prądu I₂ wzrasta prąd /_l5 a strumień główny prawie nie ulega zmianie.

¹⁽ W publikacjach polskich i zagranicznych coraz częściej jest stosowane pojęcie siły elektromotorycznej E dla określenia napięcia źródłowego. W tej książce w dalszym ciągu jest stosowane pojęcie napięcia indukowanego dla zachowania pewnej zgodności z poprzednimi publikacjami Autora (przyp. red.).

17

2 Maszyny elektryczne w pytaniach