6.3.1.3. Магнітний потік розсіювання

Деяка частина магнітного потоку замикається через повітря. Це магнітний потік розсіювання (рис. 6.27), з врахуванням якого закон Ома для магнітного кола запишеться у вигляді:

, (6.39)

де магнітний опір повітря; магнітний опір сталі магнітопровода, причому і .

Отже,

. (6.40)

Таким чином, магнітний потік розсіювання (десипації), на відмінність від магнітного потоку в магнітопроводі, лінійно залежить від намагнічувального струму і співпадає з ним за фазою. Цей потік індукує в котушці ЕРС розсіювання:

або у векторній формі запису:

, (6.41)

де індуктивний опір розсіювання – один з важливіших параметрів трансформаторів і машин змінного струму.

Тоді сила струму в котушці буде визначатись спільною дією прикладеної напруги та ЕРС і :

,

звідки

,

або у векторній формі

. (6.42)

Підставивши в (6.42) вираз (6.41), одержимо

, (6.43)

де повний комплексний опір котушки.

6.3.1.4. Повна векторна діаграма котушки зі стальним осердям

Співвідношення між напругою і струмом наочно ілюструє векторна діаграма котушки (рис. 6.31), яку будуємо в такій послідовності: спочатку відкладаємо вектор основного магнітного потоку . Потім, під кутом в напрямку випередження – вектор струму , проекції якого: струм, що збуджує основний магнітний потік та струм, який зумовлений втратами в сталі осердя від гістерезису та вихрових струмів.

Таким чином,

.

Вектор , а вектор .

З кінця вектора відкладаємо вектори та .

Вектор замикає вектори та :

.

Тоді вектор прикладеної напруги згідно з рівністю (6.43) знаходимо як суму векторів та :

6.3.2. Трансформатори

6.3.2.1. Будова і принцип роботи трансформатора

Трансформатор – це статичний електромагнітний апарат, який служить для перетворення змінної напруги та сили струму однієї величини в змінну напругу та силу струму іншої величин.

Трансформатори застосовують, щоб зменшити втрати під час передавання та розподілу електричної енергії.

Згідно з законом Джоуля-Ленца кількість теплоти , що виділяється на опорі за час , пропорційна квадрату сили струму , який проходить через цей опір:

. (6.44)

Отже, для зменшення теплових втрат в лініях електропередачі і витрати провідникових матеріалів треба зменшити силу струму. А щоб передавана потужність при цьому не змінилась, необхідно збільшити передавану напругу . У кінцевих точках лінії електропередачі треба знизити напругу до значення, потрібного для струмоприймачів.

Основними конструктивними елементами трансфор-матора є замкнене електромагнітне осердя (магнітопровід) і дві або більше обмоток з числом витків , ,… тощо, які ізольовані одна відносно одної і від осердя (рис. 6.32).

Осердя малопотужних трансформаторів набирають з листів електротехнічної сталі товщиною , які з однієї сторони покриті ізоляційним лаком.

При розімкненій вторинній обмотці завдяки прикладеній напрузі через первинну обмотку буде проходити струм неробочого (холостого) режиму , який збудить в магнітопроводі змінний магнітний потік .

Потік , замикаючись через магнітопровід, пронизує витки обмоток і згідно з законом електромагнітної індукції наводить (індукує) в обмотках ЕРС самоіндукції та ЕРС взаємоіндукції .

Прикладена до первинної обмотки напруга зрівноважує спад напруги та ЕРС . ЕРС створює на вторинній обмотці напругу .

Якщо під’єднати до вторинної обмотки навантаження (рис. 6.34), то через обмотку почне проходити струм , який створить в ній змінний магнітний потік . Цей потік направлений зустрічно до магнітного потоку , зменшуючи його. Зменшення потоку викличе зменшення ЕРС . В результаті збільшиться різниця між ЕРС і прикладеною напругою , що викличе збільшення струму до величини .

Струм створить магнітний потік , який зкомпенсує магнітний потік вторинної обмотки.

Таким чином, сумарний магнітний потік залишиться незмінним і приблизно рівним початковому магнітному потоку трансформатора.