Режим холостого хода трансформатора

Анализ работы трансформаторов легче всего начать с анализа трансформатора, работающего в режиме холостого хода. Под режимом холостого хода понимается такой режим работы, когда ток вторичной обмотки равен нулю.

Если напряжение приложено к первичной обмотке, а вторичная обмотка разомкнута, то трансформатор работает вхолостую и представляет собой индуктивную катушку со стальным сердечником.

Ток холостого хода , проходя по первичной обмотке трансформатора, за счет своей намагничивающей силы создает магнитный поток, который можно представить в виде суммы двух магнитных потоков: магнитного потока рассеяния (рис. 5.5), который не сцепляется со вторичной обмоткой, и основного магнитного потока , который сцепляется как с первичной, так и
со вторичной обмоткой.

 

Рис. 5.5

 

Рис. 5.6

Изменяющийся по синусному закону во времени магнитный поток наводит в обмотках ЭДС. ЭДС обмотки, магнитный поток которой изменяется по синусоидальному закону во времени
и которая имеет витков, пропорциональна произведению количества витков и производной магнитного потока
во времени . В первичной обмотке и во вторичной обмотке . Обе ЭДС синусоидальной формы отстают от магнитного потока на четверть периода (рис. 5.6).

Магнитный поток рассеяния наводит в первичной обмотке ЭДС рассеяния .
Можно предположить, что мгновенное значение тока первичной обмотки определяется из формулы или .

Уравнение мгновенных значений напряжений дает уравнение напряжений первичной обмотки в векторной форме

.

Магнитный поток рассеяния пропорционален току первичной обмотки, так как не сцепляется с вторичной обмоткой, а величина ЭДС может рассматриваться как падение напряжения на реактивном сопротивлении индуктивности рассеяния первичной обмотки .

Уравнение напряжений первичной обмотки примет вид

.

Сопротивление называется внутренним сопротивлением первичной обмотки.

Для понимания электромагнитных процессов в трансформаторе, для понимания фазовых соотношений электрических и магнитных величин удобно использовать векторную диаграмму напряжений и токов (см. рис. 5.6).

Ток холостого хода может рассматриваться как векторная сумма активного тока , связанного с потерями, и реактивного тока , который связан с намагничиванием сердечника. Векторная диаграмма трансформатора, работающего в режиме холостого хода, изображена на рис. 5.6.

Векторы ЭДС и отстают от вектора магнитного потока на 90 °. Для определения входного напряжения необходимо воспользоваться уравнением напряжения:
= .

Вектор находится в противофазе с , вектор падения напряжения совпадает с вектором тока по фазе, а вектор падения напряжения на сопротивлении рассеяния опережает вектор тока на 90 °.

Исследования силовых трансформаторов показывают, что при полной нагрузке трансформатора падение напряжения на внутреннем сопротивлении первичной обмотки составляет несколько процентов от номинального напряжения. В свою очередь ток холостого хода правильно спроектированного трансформатора состав-
ляет 3 …10 % от номинального входного тока. Падение напря-
жения на внутреннем сопротивлении первичной обмотки при прохождении тока холостого хода составляет менее процента от номинального напряжения первичной обмотки. По этой причине можно допустить, что и , т. е. напряжения на зажимах трансформатора, работающего в режиме холостого хода, практически равны электродвижущим силам соответствующих обмоток. Коэффициент трансформации при таком допущении может быть вычислен отношением напряжений на обмотках трансформатора, работающего в режиме холостого хода. Энергия, потребляемая трансформатором в режиме холостого хода, расходуется на потери в сердечнике и на потери в обмотках. У трансформатора, нагруженного на номинальную нагрузку, потери в обмотках составля-
ют 2-0, 25 % номинальной мощности, у ненагруженного же трансфор­матора эти потери пренебрежительно малы по сравнению с потерями в сердечнике. Поэтому мощность потерь в сердечнике транс­форматора может быть определена как мощность, потребляемая трансформатором в режиме холостого хода.