Холостой ход трансформатора.

Холостым ходом называется режим работы трансформатора, когда его первичная обмотка подключена к внешнему источнику, а вторичная разомкнута (рис. 1.82).

 

Рис. (1.82.). Холостой ход трансформатора.

По первичной обмотке протекает ток холостого хода I₀, который создает магнитный поток, имеющий 2 составляющие:

1. Поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу и индуцирующий в обмотках ЭДС Е₁ и Е₂;

2. Поток рассеяния Ф_1р, замыкающийся по участку магниторовода и по воздуху. Этот поток сцеплен только с первичной обмоткой и учитывается посредством введения понятия индуктивного сопротивления рассеяния первичной обмотки при холостом ходе Х₀.

Ток холостого хода I₀ имеет две составляющие:

1. Активную I_0a, определяемую потерями в стальном магнитопроводе и на активном сопротивлении обмотки r₀;
2. Реактивную I_0p, являющуюся током намагничивания.

Полный ток холостого хода:

-для силовых трансформаторов мал и обычно не превышает нескольких процентов от номинального тока первичной обмотки;

-для маломощных (радиотехнических) трансформаторов ток I₀ может достигать (0,3…0,5)I_1ном.

Падение напряжения в первичной обмотке от тока I₀ невелико, поэтому E₁≈U₁.

Во вторичной обмотке ток не протекает, поэтому E₂=U₂.

Поэтому при х.х.:

Режим х.х. трансформатора при номинальном первичном напряжении используется для определения первичного и вторичного напряжений U₁ и U₂, коэффициента трансформации k₁₂, тока холостого хода I₀ и мощности, расходуемой на покрытие потерь в стальном магнитопроводе P₀.

Нагрузка трансформатора.

Рассмотрим режим нагрузки трансформатора (рис. 1.83), когда вторичная обмотка замкнута на нагрузочное сопротивление Z_н и по ней протекает ток I₂.

Рис. 1.83. Нагрузка трансформатора.

В этом случае можно указать следующие составляющие магнитного потока:

1. Основной поток Ф, сцепленный с первичной и вторичной обмотками.

2. Потоки рассеяния первичной и вторичной обмоток Ф_1р и Ф_2р, которые учитываются посредством введения понятий индуктивных сопротивлений рассеяния Х₁, Х₂.

Падения напряжения на активных сопротивлениях самих обмоток невелики, поэтому U₁≈E₁, U₂≈E₂.

Согласно закону полного тока магнитодвижущая сила (МДС) (это свойство тока возбуждать магнитное поле) в замкнутом магнитном контуре равна сумме падений магнитных напряжений на нем:

Hl=∑W_kI_k

 

где Н – напряженность магнитного поля, А/м.

l – длина средней магнитной линии сердечника.

W_k - число витков к-й катушки.

I_k – ток в к-й катушке.

Для режима х.х. трансформатора:

При работе трансформатора с нагрузкой:

Т.к. первичное напряжение при х.х. и в режиме нагружения U₁=const, то Н₀=Н_н.

Следовательно,

Разделив все члены этого уравнения на W₁, получим:

И режиме х.х. I₂=0, I₁=I₀.

В режиме нагружения во вторичной обмотке возникает ток I₂, который согласно закону Ленца препятствует причине, его вызвавшей.

Поэтому ток I₂ направлен так, чтобы размагнитить магнитопровод, т.е. навстречу I_1.

Введем понятие приведенного вторичного тока (ток вторичной обмотки, приведенных к первичной):

С учетом того, что направление I₂ противоположно направлению I₁ :

Тогда (1.15) можно записать так:

Следовательно, увеличение тока I₂ во вторичной цепи вызывает возрастание тока I₁, потребляемого из сети первичной обмоткой.

Таким образом, трансформатор обладает свойством саморегулирования