2 Режими роботи однофазного трансформатора

Робота однофазного двообмоткового трансформатора у режимі холостого ходу (рис. 3) має місце при відключеному навантаженні і нічим не відрізняється від роботи котушки з феромагнітним магнітопроводом. Вона може бути описана аналогічним р івнянням електричного стану, векторною діаграмою і схемою заміщення. У цьому випадку

діюча синусоїдна напруга на затискачах Рисунок 3 - Холостий хід однофазного. первинної обмотки АХ викликає в трансформатора. ній діючий струм холостого ходу , а також МРС , що збуджує в магнітопроводі основний змінний потік Ф і невеликий магнітний потік

розсіювання , який замикається через повітря і частково також в магнітопроводі.

Основний магнітний потік Ф індукує в обох обмотках трансформатора, що мають відповідно і витків, діючі ЕРС:

; ,

де - амплітуда магнітного потоку.

При цьому ЕРС первинної обмотки це ЕРС самоіндукції і направлена зустрічно напрузі мережі , а - ЕРС індукції.

Магнітний потік розсіювання індукує в первинній обмотці ЕРС самоіндукції розсіювання

, де - індуктивний опір розсіювання первинної обмотки трансформатора. Тоді діючу ЕРС можна виразити таким чином і буде зрівноважуватися спадком напруги на опори , що у комплексній формі представляється так . З врахуванням цього, рівняння електричного стану первинної обмотки при холостому ході трансформатора запишеться так:

,

де - відповідно активний опір первинної обмотки.

При номінальній первинній напрузі струм холостого ходу у рансформаторах невеликий і складає 1... 10 % номінального первинного струму . Це дозволяє знехтувати спадом напруги в первинній обмотці на активному і індуктивному опорах и вважати, що , а напруга вторинної обмотки . Якщо ЕРС вторинної обмотки трансформатора більше від діючої ЕРС , трансформатор називають підвищувальним, а коли дотримано нерівність , його називають понижуючим. В залежності від способу включення трансформатор може працювати! як підвищувальний, так і як понижуючий. Відношення напруги обмотки вищої напруги ( до напруги обмотки нижчої напруги при холостому ході трансформатора прийнято називати коефіцієнтом трансформації.

Зсув фаз між напругою , і струмом по аналогії з котушкою із магнітопроводом близький до 90°, внаслідок чого коефіцієнт потужності трансформатора при холостому ході малий і складає = 0,2...0,3.

Потужність споживання електричної енергії трансформатором у режимі холостого ходу при номінальній первинній напрузі відповідає номінальним втратам енергії в його магнітопроводі, що зв’язані з перемагнічуванням і вихровими струмами в ньому. Ця потужність невелика і складає до 1,5 % номінальної потужності трансформатора.

Включення навантаження до затискачів вторинної обмотки трансформатора (рис. 4) супроводжується появою в ній струму , який в залежності від роду навантаження може бути відстаючими або випереджуючим.

Струм з МРС створює магнітний

Рисунок 4 - Однофазний трансформатор, потік і потік розсіювання . При

увімкнений на навантаження. цьому потік індукує ЕРС , а - ЕРС розсіювання , яка зрівноважується, по аналогії з , напругою на індуктивному опорі розсіювання вторинної обмотки . Одночасно, в первинній обмотці виникає струм , який створює магнітний потік Відповідно до закону електромагнітної індукції магнітний потік прагне послабити існуючий потік . В результаті в магнітопроводі починає діяти результуючий магнітний потік , який щіплений з двома обмотками. Однак в дійсності помітного зменшення магнітного потоку не відбувається, тому що при навантажувальному режимі трансформатора його вхідний опір зменшується і струм первинної обмотки зростає до такого значення , що практично підтримує колишній магнітний стан магнітопровода. В цьому заключається принцип постійності магнітного потоку. У результаті зберігаються відома рівновага ЕРС первинної обмотки і напруги на її затискачах , подібно тому, як це має місце при холостому ході трансформатора. У зв’язку з таким саморегулюванням трансформатора МРС первинної обмотки має дві складові: першу - що намагнічує, і другу - таку, що компенсує розмагнічуючу дію МРС вторинної обмотки - , тобто , звідки струм первинної обмотки трансформатора

.

При цьому, напруга на затискачах вторинної обмотки навантаженого трансформатора визначається так

,

де , і - відповідно активний і індуктивний опорі вторинної обмотки трансформатора.

Таким чином, у первинній обмотці трансформатора електрична енергія перетворюється в енергію магнітного поля, яка у вторинній - перетворюється в електричну енергію.

Оскільки кількість витків обмоток трансформатора , то ЕРС та струми , що приводить до ускладнень при дослідженні процесів, які відбуваються у трансформаторі. Тому обидві обмотки приводять до одного числа витків.

Усі величини, які відносяться до вторинної обмотки, що приводиться, називають приведеними і позначають тими ж символами, що і дійсні величини, але зі штрихом згори, тобто так: , , , , , . Для цього вводять коефіцієнт приведення , а приведені величини визначаються так:

; ; ; ; ; .

Таким чином, основні рівняння навантаженого приведеного трансформатора мають такий вигляд:

; ; .

Приведеним рівнянням відповідає комбінація гальванічно з’єднаних елементів (рис. 5), що є схемою заміщення приведеного трансформатора, в якій , — відповідно опори контура намагнічування зі струмом , який створює магнітний потік Ф. В режимі холостого ходу Рисунок 5 - Схема заміщення , тому втрати потужності у

приведеного трансформатора магнітопроводі визначаються втратами на опорі , . Цій схемі відповідають відповідні векторні діаграми приведеного трансформатора для активного, індуктивного і ємнісного навантаження (рис. 6, а, б, в), у яких приведений вторинний струм зсунутий відносно приведеної вторинної ЕРС на кут

,

де і - відповідно активний і реактивний опори приймача, приведені до числа витків первинної обмотки трансформатора.

Рисунок 6 - Векторні діаграми приведеного трансформатора при навантаженнях:

а) активному; б) індуктивному; в) ємісному.