5.1.2. Принцип действия электрического трансформатора

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции.

При подаче от источника электрической энергии напряжения u₁ (рис. 39)на первичную обмотку электрического трансформатора в ней возникает ток i₁, возбуждающий в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф₁, который, пронизывая витки w₁ первичной обмотки, создает в ней напряжение u_L1 в результате явления самоиндукции.

Согласно закону электромагнитной индукции это напряжение определяется по формуле

u_L1 = L dФ₁ /dt .

Если Ф₁ = Ф_m1 sin ωt, то dФ/dt = w • Ф_m1 cos ωt = w Ф_m1 sin(ωt + 90°). Следовательно

u_L =U_mL1sin(ωt + 90^°),

Ток i_1x также называют намагничивающим, так как он определяет значение результирующего магнитного потока Ф₀.

В связи с вышеизложенным, следует, что результирующий (суммарный) магнитный поток в магнитопроводе электрического трансформатора в режиме нагрузки приблизительно равен магнитному потоку первичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода.

5.1.3 Работа электрического трансформатора в режиме холостого хода

Режим холостого хода - такой режим работы электрического трансформатора, при котором его вторичная цепь разомкнута, и ток в ней равен нулю (i₂ = 0).

Под действием приложенного напряжения u₁ по первичной обмотке протекает ток i_1x, возбуждающий в магнитопроводе магнитное поле Ф₀.

Большая часть магнитного потока замыкается в магнитопроводе. Однако небольшая часть этого потока замыкается вокруг витков только первичной обмотки, образуя поток рассеяния Ф_S, и не индуктирует напряжение взаимоиндукции u_M2 во вторичной обмотке.

В первичной обмотке Ф₀ индуктирует напряжение

u_S1 = 2πfL_S1I_1x = х_LS1 • I_1x,

где L_S1 - индуктивность рассеяния первичной обмотки трансформатора;

^xls1 – индуктивное сопротивление рассеяния этой обмотки. Кроме того, первичная обмотка обладает резистивным сопротивлением r₁. На рис. 40 представлена схема замещения электрического трансформатора с учетом резистивных сопротивлений r₁ и r₂ первичной и вторичной обмоток и их индуктивностей рассеяния L_S1 и L_S2.

Составим уравнение для первичной цепи по II закону Кирхгофа в комплексной форме

Ů₁ = İ_1х r₁ + İjx_1S + Ů_1L , (1)

чему соответствует векторная диаграмма напряжений и токов на рис.41

Рис. 40- Схема замещения трансформатора в режиме холостого хода

Опытом холостого хода называется испытание электрического трансформатора при разомкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном, приложенном к первичной обмотке, напряжении U_1x = U_1н

Ů_1L

Рис.41. Векторная диаграмма напряжений и тока трансформатора в режиме

холостого хода

Для проведения опыта холостого хода собирается электрическая цепь согласно схеме рис.42.

При U_1x =U_1н ток I_1x составляет 3… 10 % от номинального первичного тока I_1н. Следовательно, в формуле (1) слагаемыми U_LS1 = jx_S1 I_lx и U_r1 = r₁ • I_1x можно пренебречь. Тогда имеем:

U_1x = U._L1

При разомкнутой цепи вторичной обмотки

U_2x = U _M2,

Рис. 42 - Схема опыта холостого хода трансформатора

поэтому, измерив вольтметром PV₁ первичное напряжение U_1x и вольтметром PV₂ - вторичное напряжение U_2x, определяют коэффициент трансформации

(

Этот коэффициент указывается на щитках электрических трансформаторов как отношение высшего напряжения к низшему (например, K = 6000/230).

При холостом ходе 1\_х«1\_н и мощность потерь в проводах первичной обмотки (потери в меди) P_М1 мала по сравнению с потерями в стали P_с. Поэтому в опыте холостого хода по показаниям ваттметра pW определяют мощность потерь в магнитопроводе.