Нагрузочный режим трансформатора

Замкнем ключ во вторичной цепи, т. е. установим рабочий режим (рис.22,а). Под действием ЭДС взаимоиндукции во вторичной цепи появится ток i₂. МДС i₂w₂ создает магнитный поток Ф₂, который для указанных на рис. 1, а направлений намотки витков и положительных направлений токов i₁, i₂ устремлен навстречу потоку Ф_1х, что соответствует правилу Ленца. Это явление называют размагничивающим действием вторичного тока. Результирующий магнитный поток Ф в правильно сконструированном трансформаторе практически зависит только от амплитуды U_1m напряжения источника, поэтому размагничивающее действие вторичного тока компенсируется возрастанием тока (и потока) первичной обмотки от значения i₀ до некоторого рабочего значения i₁. Тогда результирующий (рабочий) поток Ф ≈ Ф_1х создается результирующей МДС i₁w₁ – i₂w₂ ≈ i₀w₁. Рабочий поток Ф создает в первичной обмотке ЭДС самоиндукции е₁ и во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции е₂:

.

Напряжению источника u₁(t) = U_1msinωt соответствует магнитный поток

,

где Φ_m = U_1m/(ωw₁) – амплитуда магнитного потока.

Таким образом, амплитуда Φ_m основного потока определяется амплитудой питающего напряжения и остается почти неизменной в режимах от холостого хода до номинального.

Определим ЭДС e₁, e₂

.

Действующие значения ЭДС первичной и вторичной обмоток:

.

Коэффициентом трансформации n трансформатора называют отношение

.

При повышающем трансформаторе w₂ > w₁, при понижающем - w₁> w₂ .Для получения нескольких значений вторичного напряжения, на тот же магнитопровод наматывают несколько вторичных обмоток с разным числом витков. На практике коэффициентом трансформации называют отношение номинального высшего напряжения трансформатора к номинальному низшему (под номинальным понимают напряжение в режиме холостого хода). Тогда коэффициент трансформации

n = ,

для любого трансформатора n ≥ 1.

Таким образом, при подключении первичной обмотки трансформатора к источнику питания переменного напряжения на зажимах вторичной обмотки индуцируется переменная ЭДС Е₂ и вторичная обмотка становится источником питания, к которой подключаются приемники.

Опыт холостого хода

В лаборатории проводят опыты холостого хода и короткого замыкания с целью определения коэффициента трансформации, потерь в трансформаторе и параметров схемы замещения.

Опыт холостого хода в лаборатории проводят согласно схемы рис.22.2, а. Как видно из рисунка схема содержит амперметр, ваттметр и два вольтметра. Большое внутреннее сопротивление вольтметра PV₂ практически обеспечивает режим холостого хода (I₂ ≈ 0). В опыте холостого хода на первичную обмотку подается номинальное напряжение U_1ном, а вторичная обмотка разомкнута (I₂=0). Показание амперметра РА₁ равнI₀, а ваттметр измеряет мощность потерь при холостом ходе P_x.

Рис.22.2. Опыт холостого хода трансформатора: а – схема включения; б – схема замещения

Приведем порядок расчета параметров транс­форматора по U_1ном, I₀, P₀, U_2x согласно схемы замещения на рис.22.2б.

Находим коэффициент трансфор­мации n = U_1ном/U_2х. У реальных трансформаторов R₁ = R << R₀, X₁ = X << X₀, поэтому мощность P_x практически определяется только потерями в R₀:

P_x = R₀I = U_1ном I₀ cos j_x

Отсюда:

R₀ = P_x /I ; cosφ_х.= P_x /U_1ном I₀

Находим полное сопротивление цепи:

Z_х = U_1ном/I_1х = [(R₁+R₀)² + (Х₁ + Х₀)²]^0,5 (R₀² + X₀²)^0,5

Получаем X₀ = .

Угол магнитных потерь δравен : δ = p/2 – j_x, или δ = arctg(R₀/X₀).