단상 변압기의 작동 원리 및 장치
단상 무부하 변압기
전기 공학의 변압기는 하나의 고정 와이어 코일에서 교류 전기 에너지가 첫 번째 코일에 전기적으로 연결되지 않은 다른 고정 와이어 코일로 전달되는 전기 장치라고 합니다.
하나의 코일에서 다른 코일로 에너지를 전달하는 링크는 자속으로, 두 코일과 맞물려 크기와 방향이 끊임없이 변합니다.
쌀. 1.
무화과에서. 그림 1a는 위아래로 동축으로 배열된 두 개의 권선 / 및 /로 구성된 가장 간단한 변압기를 보여줍니다. 코일로/배송됨 교류 교류 발전기 D에서. 이 권선을 1차 권선 또는 1차 권선이라고 합니다. 권선으로 // 2차 권선 또는 2차 권선이라고 하는 회로는 전기 에너지 수신기를 통해 연결됩니다.
변압기 작동 원리
변압기의 동작은 다음과 같습니다. 1차 권선에 전류가 흐를 때 / 생성됨 자기장, 권선을 생성 한 권선뿐만 아니라 2 차 권선에도 부분적으로 침투하는 힘선 //. 1차 권선에 의해 생성된 힘선의 분포에 대한 대략적인 그림이 그림 1에 나와 있습니다. 1b.
그림에서 볼 수 있듯이 모든 힘선은 코일 /의 도체 주위에 닫혀 있지만 그림에서 그 중 일부는 닫혀 있습니다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 전선(1, 2, 3, 4)도 코일 //의 전선 주위에서 폐쇄된다. 따라서 코일 //은 자기력선에 의해 코일 /에 자기적으로 결합됩니다.
코일 /및 //의 자기 결합 정도는 동축 배열과 함께 코일 사이의 거리에 따라 달라집니다. 코일이 서로 멀어질수록 코일 사이의 자기 결합이 작아집니다. 코일 /코일에 달라붙다 //.
우리가 가정한 것처럼 코일 /가 통과하기 때문에 단상 교류즉, 예를 들어 사인 법칙에 따라 일부 법칙에 따라 시간이 지남에 따라 변하는 전류에 의해 생성된 자기장도 동일한 법칙에 따라 변할 것입니다.
예를 들어, 코일의 전류 /가 가장 큰 값을 통과하면 그에 의해 생성된 자속도 가장 큰 값을 통과합니다. 코일 /의 전류가 0을 통과하여 방향이 변경되면 자속도 0을 통과하여 방향도 변경됩니다.
코일 /의 전류를 변경하면 코일 / 및 // 모두 자속이 침투하여 값과 방향이 지속적으로 변경됩니다. 전자기 유도의 기본 법칙에 따르면 코일을 관통하는 자속이 변화할 때마다 코일에는 교류가 유도됩니다. 기전력… 우리의 경우 코일 /에는 자기 유도의 기전력이 유도되고 코일 //에는 상호 유도의 기전력이 유도됩니다.
코일의 끝이 // 전기 에너지 수신기 회로에 연결되면(그림 1a 참조) 이 회로에 전류가 나타납니다. 따라서 수신기는 전력을 수신합니다. 동시에 에너지는 권선에 의해 회로에 주어진 에너지와 거의 동일한 /발전기에서 권선으로 전달됩니다 //. 이러한 방식으로 한 코일의 전기 에너지는 두 번째 코일의 회로로 전달되며, 이는 첫 번째 코일과 전혀 관련이 없으며 전기적으로(금속성) 이 경우 에너지 전달 수단은 교류 자속뿐입니다.
그림에 나와 있습니다. 그림 1a에서 변압기는 1차 권선 /과 2차 권선 // 사이에 자기 결합이 거의 없기 때문에 매우 불완전합니다.
일반적으로 두 코일의 자기 결합은 하나의 코일에 의해 생성된 플럭스에 대한 두 코일에 결합된 자기 플럭스의 비율로 추정됩니다.
무화과. 도 1b에서, 코일의 필드 라인의 일부만이 /코일 주위에서 닫혀 있음을 알 수 있다. 전원 라인의 다른 부분(그림 1b - 라인 6, 7, 8)은 코일 / 주변에서만 닫힙니다. 이 전력선은 첫 번째 코일에서 두 번째 코일로 전기 에너지를 전달하는 데 전혀 관여하지 않으며 소위 표유장을 형성합니다.
1차 및 2차 권선 사이의 자기 결합을 증가시키고 동시에 자속 통과에 대한 자기 저항을 줄이기 위해 기술 변압기의 권선은 완전히 닫힌 철심에 배치됩니다.
변압기 구현의 첫 번째 예는 그림에 개략적으로 표시됩니다. 소위로드 유형의 2 단상 변압기. 1차 및 2차 코일 c1 및 c2는 요크라고 하는 철판 b - b와 끝이 연결된 철봉 a - a에 있습니다. 이러한 방식으로 두 개의 로드 a, a 및 두 개의 요크 b, b는 폐쇄된 철제 링을 형성하며, 이 링에서 1차 및 2차 권선으로 차단된 자속이 통과합니다. 이 철링을 변압기의 코어라고 합니다.
쌀. 2.
변압기의 두 번째 실시 예는 Fig. 소위 기갑 유형의 3 단상 변압기. 이 변압기에서 1차 및 2차 권선 c는 각각 한 줄의 편평한 권선으로 구성되며 두 개의 철제 링 a 및 b로 구성된 두 개의 막대로 형성된 코어에 배치됩니다. 권선을 둘러싼 링 a 및 b는 거의 완전히 갑옷으로 덮으므로 설명된 변압기를 갑옷이라고 합니다. 코일 c 내부를 통과하는 자속은 두 개의 동일한 부분으로 나뉘며 각 부분은 자체 철 링으로 둘러싸여 있습니다.
쌀. 삼
변압기에 폐쇄 철 자기 회로를 사용하면 누설 전류가 크게 감소합니다. 이러한 변압기에서 1차 권선과 2차 권선에 연결된 자속은 서로 거의 같습니다. 1 차 권선과 2 차 권선이 동일한 자속을 통과한다고 가정하면 권선 기전력의 순간 값에 대한 총 유도 충격을 기반으로 식을 작성할 수 있습니다.
이 표현에서 w1 및 w2 - 1차 권선 및 2차 권선의 권수, dFt는 시간 요소 dt당 자속 관통 권선의 변화 크기이므로 자속의 변화율이 있습니다. . 마지막 식에서 다음 관계를 얻을 수 있습니다.
즉. 1차 및 2차 권선에 표시된 / 및 // 순간 기전력은 코일의 권수와 같은 방식으로 서로 관련됩니다. 마지막 결론은 기전력의 순간 값뿐만 아니라 가장 크고 효과적인 값과 관련하여 유효합니다.
자기 유도의 기전력으로서 1차 권선에 유도된 기전력은 동일한 권선에 적용된 전압과 거의 완전히 균형을 이룹니다... E1 및 U1로 기전력의 유효 값을 표시하는 경우 1 차 권선과 그것에 적용된 전압의 경우 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
고려 중인 경우 2차 권선에 유도된 기전력은 이 권선 양단의 전압과 같습니다.
이전과 마찬가지로 E2 및 U2를 통해 2 차 권선의 기전력과 끝 전압의 유효 값을 표시하면 다음과 같이 작성할 수 있습니다.
따라서 변압기의 한 권선에 약간의 전압을 적용하면 다른 코일의 끝에서 전압을 얻을 수 있습니다. 이 코일의 권선 수 사이에 적절한 비율을 취하면 됩니다. 이것이 변압기의 주요 속성입니다.
1차 권선의 감은 수에 대한 2차 권선의 권수 비율을 이라고 합니다. 변압기의 변환 비율... 변환 계수 kT를 표시합니다.
따라서 다음과 같이 작성할 수 있습니다.
변압비가 1보다 작은 변압기는 2차 권선의 전압 또는 소위 2차 전압이 1차 권선의 전압 또는 소위 1차 전압보다 크기 때문에 승압 변압기라고 합니다. . 변압비가 1보다 큰 변압기는 2차 전압이 1차 전압보다 낮기 때문에 강압 변압기라고 합니다.
부하가 걸린 단상 변압기의 작동
변압기가 공회전하는 동안 자속은 1차 권선 전류 또는 오히려 1차 권선의 기자력에 의해 생성됩니다. 변압기의 자기 회로는 철로 되어 있어 자기 저항이 낮고 일반적으로 1차 권선의 권수는 크다고 가정하기 때문에 변압기의 무부하 전류는 작기 때문에 5- 정상의 10%.
2차 코일을 약간의 저항으로 닫으면 2차 코일에 전류가 나타나면 이 코일의 기자력도 나타납니다.
Lenz의 법칙에 따르면 2차코일의 기자력은 1차코일의 기자력에 반하여 작용한다.
이 경우 자속이 감소해야 할 것 같지만 1 차 권선에 일정한 전압을 가하면 자속 감소가 거의 없습니다.
실제로 변압기가 부하될 때 1차 권선에 유도되는 기전력은 인가된 전압과 거의 같습니다. 이 기전력은 자속에 비례합니다.따라서 1차 전압의 크기가 일정하면 부하 시 기전력은 변압기의 무부하 작동 시와 거의 동일하게 유지되어야 합니다. 이러한 상황은 모든 부하에서 자속의 거의 완전한 일정성을 초래합니다.
따라서 1차 전압의 일정한 값에서 변압기의 자속은 부하의 변화에 따라 거의 변하지 않으며 무부하 작동 시의 자속과 같다고 가정할 수 있습니다.
변압기의 자속은 2차 권선에 전류가 나타날 때 1차 권선의 전류도 증가하여 1차 권선과 2차 권선의 기자력 또는 암페어 권선 간의 차이가 커지기 때문에 부하 상태에서만 값을 유지할 수 있습니다. 권선은 공회전 중에 기자력 또는 암페어 회전과 거의 동일하게 유지됩니다. 따라서 2차 권선에서 자기소거 기자력 또는 암페어 회전이 나타나면 1차 권선의 기자력이 자동으로 증가합니다.
위에서 언급한 바와 같이 변압기 자속을 생성하기 위해서는 작은 기자력이 필요하므로 2차 기자력의 증가는 1차 기자력의 증가를 동반하며 거의 같은 크기라고 할 수 있다.
따라서 다음과 같이 작성할 수 있습니다.
이 평등으로부터 변압기의 두 번째 주요 특성, 즉 비율을 얻습니다.
여기서 kt는 변환 계수입니다.
따라서 변압기의 1차 권선과 2차 권선의 전류 비율은 1을 변압비로 나눈 값과 같습니다.
그래서, 변압기의 주요 특성 관계를 맺다
그리고
관계의 왼쪽을 서로 곱하고 오른쪽을 서로 곱하면
그리고
마지막 평등은 변압기의 세 번째 특성을 제공하며 다음과 같은 말로 표현할 수 있습니다. 변압기의 2차 권선에서 전달되는 전력(볼트 암페어 단위)은 1차 권선에 전달되는 전력(볼트 암페어 단위)과 거의 동일합니다. .
권선의 구리와 변압기 코어의 철에서 에너지 손실을 무시하면 전원에서 변압기의 1차 권선에 공급되는 모든 전력이 2차 권선으로 전달되고 송신기는 자속입니다.