Показать меню

Как рассчитать ЭДС самоиндукции в трансформаторе

30.05.2020
230
Электрический трансформатор представляет собой механизм, не обладающий подвижными частями. Его используют для изменения по величине переменного движения. Как правило, устройство обладает замкнутой формой, и состоит из магнитопровода (или сердечника) и первичной и вторичных обмоток. Чтобы разобраться, на что влияет во вторичной обмотке трансформатора ЭДС самоиндукции, следует изучить формулы расчета его величин, а также понять принцип работы механизма, основанный на электромагнитной индукции.

Конструкция и принцип действия трансформатора

Трансформатор – это статический механизм, используемый для преобразования на одной частоте переменного тока по напряжению. Его основными составными частями являются:

• обмотки первичная и вторичные;
• магнитопровод.

Назначение в трансформаторе магнитопровода – усиление главного магнитного потока и налаживание связи между слоями обмоток. Далее приводится пример двухобмоточного механизма. Принцип работы таков:

1. Электроэнергия передается к первичной обмотке (обозначенной как w1) от источника.
2. Она же переходит к потребителю от вторичной обмотки (обозначенной как w2).
3. Поскольку функционирует переменное напряжение (u1), ток (i1) образуется в первичной обмотке.
4. При этом возникает магнитный переменный поток (w1) в сердечнике механизма.
5. Под его влиянием индуцируется ЭДС в двух обмотках устройства одновременно (e1 и e2).
6. Первое значение ЭДС влияет на равновесие основной массы напряжения (u1), а второе – способствует возникновению на выходных клеммах механизма напряжения (u2).
7. Вторичная обмотка подключенной цепи при включении нагрузки становится источником в трансформаторе тока i2, способствующий возникновению отдельного магнитного потока, который накладывается на аналогичный в первичной обмотке.
8. В итоге возникает объединенный магнитный поток сердечника , который соединен с витками двух обмоток. Он и определяет в них результативные ЭДС, содержащие действующие значения.

Щиток каждого трансформатора содержит следующие данные:

• номинальные напряжения (НН – низшее, ВН – высшее);
• режим работы;
• полная номинальная мощность;
• токи;
• схема соединения;
• число фаз;
• способ охлаждения.

Физическое понятие ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции обмоток

Переменный ток во всех случаях образует нестабильное магнитное поле, на основе которого индуктируется электродвижущая сила. Как только в катушке изменяется значение тока, автоматически появляется ЭДС самоиндукции.

Природа ЭДС такова: если данная сила образуется при перемене своего собственного магнитного потока, ее значение будет зависеть от скорости изменения тока. Как только одна величина возрастает, за ней сразу растет вторая.

Значение ЭДС самоиндукции находится в зависимости и от размера обмотки, количества ее витков и их густоты.

Направление электродвижущей силы самоиндукции регулируется законом Ленца, то есть оно не позволяет измениться току, вызвавшему ее. Другими словами, при убывании тока, ЭДС самоиндукции в первичной либо вторичной обмотке направлена против него.

Если движение тока неизменно, ЭДС не возникает. Электродвижущая сила наиболее выраженно проявляется в трансформаторах, наводимая энергия в которых проходит через катушки с сердечником из железа.

От каких параметров зависит величина

Наиболее простой механизм можно представить как сердечник, покрытый двумя обмотками. Окончания последних соединяются с источником переменного тока, обладающим напряжением u1. Кроме того, концы второй обмотки трансформатора образуют напряжение u2, которое имеет отличное значение от u1. Присоединенная к источнику тока катушка (обмотка) – первичная, а синхронизированная с нагрузкой – вторичная. Если вторая является разомкнутой, а первая принимает переменное напряжение, то весь механизм работает вхолостую.

Первичная обмотка – индуктивная, и обозначается как L. Она имеет сопротивление (R), так как каждый из ее элементов имеет в одно и то же время обе эти величины.

Как рассчитать

Значения поданного напряжения или u1 имеют непосредственную связь с напряжениями на первичной обмотке и значением R. Это соотношение выглядит следующим образом:

U1 - это извлеченный квадратный корень из расчета (UR2 + UL2). При этом нельзя абсолютно рассчитать, чему равны в трансформаторе значения UR и UL. В случае, когда количество витков в механизме (в его первичной обмотке) составляет n1, а ЭДС самоиндукции в каждом из них равняется числу e, можно определить мгновенное значение ЭДС по следующей формуле:

= е*n1

Значение UL в любой момент работы трансформатора компенсирует появляющуюся ЭДС самоиндукции в первичной катушке. Это означает, что UL = - 1.

Чем выше наблюдается индуктивное сопротивление первичной обмотки, относительно активного сопротивления R, тем ближе будет значение UL напряжению, подаваемому на вход. Данная взаимосвязь наблюдается за счет применения сердечника, произведенного из высокомагнитопроницаемого материала. Это позволяет существенно повысить его индуктивность. В таких трансформаторах данное значение достигает U1»UL.

Ток, возникающий в первичной обмотке, вызывает магнитный поток, проникающий во вторую катушку. Каждый из витков последней будет иметь аналогичную индуцируемую величину ЭДС, как в первой. Если же количество витков вдвое больше (n2), а ЭДС самоиндукции каждого из них равно величине e в трансформаторе, формула расчета мгновенного числа ЭДС во второй обмотке следующая: 2 = еn2.

ЭДС, индуцируемые в обеих катушках механизма, равны между собой. Это означает, что их соотношение прямо пропорционально количеству витку в каждой из катушек.

Данное отношение ЭДС выглядит так: 1/ 2 = n1/ n2.

Из этого вытекает, что напряжение, появляющееся на выходе второй катушки, будет равняться накопленной в ней электродвижущей силе, то есть u2 = 2.

Пример расчета

На выходе устройства в случае холостого хода, напряжение u2 будет полностью пропорциональным значению u1. Данные два напряжения образуют противофазу.

Отношение электродвижущих сил, которые наводятся основным потоком в обеих обмотках, представляют собой коэффициентом трансформации (обозначаемый как К). Практически его определяют как соотношение напряжения, движущегося к первой катушке, и напряжения на неподключенной второй. Формула выглядит так: U1/U2 = 1/ 2 = n1/ n2= К

В случае, если напряжение источника выше, чем наблюдается на второй обмотке, механизм классифицируется как понижающий (U1>U2, К>1), если наоборот – как повышающий.

Как только к вторичной обмотке подключается нагрузка, в цепи возникает ток i2. Значение u2 в данном случае станет меньше, чем ЭДС 2. В первой же катушке мощность тока i1 вырастет.
Поделись с друзьями:
Еще по этой теме:
Как правильно выбрать штангу для ванны
12:05, 30 май
Как правильно выбрать штангу для ванны
Очень часто антискользящие ковры используются для ванн и душевых кабин. Их не нужно стирать, гладить, а достаточно просто протереть влажной губкой. Размеры ковриков: 54*54 (для душевых поддонов) и
Биде с функцией унитаза: что нужно знать перед приобретением?
12:26, 30 май
Биде с функцией унитаза: что нужно знать перед приобретением?
Биде в современных квартирах встречается достаточно редко, ведь для него необходимо дополнительное пространство, которого не так много. Но что делать, когда этот сантехнический прибор так необходим?
Разновидности газовых котлов
12:48, 29 май
Разновидности газовых котлов
Котлы - агрегаты, используемые для получения тепла. Применяются котлы обширно как на производстве, так и в быту. Для газовых котлов чаще всего подают природный газ. Работа устройства заключается в
Как провести отделку стен текстильными обоями
15:24, 29 май
Как провести отделку стен текстильными обоями
Ткань – это один из первых отделочных материалов для стен. И сейчас такой вариант оформления рабочей поверхности остается востребованным. Конечно, общие принципы процедуры изменились, но она все
Экономное отопление - инфракрасные панели для обогрева
16:18, 29 май
Экономное отопление - инфракрасные панели для обогрева
Одна из важных особенностей работы инфракрасных панелей - высокое качество обогрева необходимых пространств и помещений. Кроме того, данные панели обогрева имеют множество преимуществ, которые
Комментарии:
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Личный кабинет
Опрос
Оцените сайт