Намагничивающий ток

Свойства магнитной системы трансформатора описываются магнитной характеристикой, представляющей собой графическое изображение зависимости магнитного потока Ф от МДС трансформатора F или намагничивающего тока I_μ, пропорционально МДС F. Вообще свойства электрических машин часто изображают графически, т.к. многие зависимости имеют сложное аналитическое выражение.

Магнитная характеристика трансформатора, как и других машин переменного тока, дает связь между амплитудными или мгновенными значениями потока и МДС. Зависимость потока от тока можно получить экспериментальным или расчетным путем.

Магнитная цепь трансформатора рассчитывают на основе Закона полного тока. Для замкнутого контура магнитной цепи однофазного трансформатора:

F=F_СТ+F_Я+F₃ , (12)

где F_СТ=H_СТl_СТ, F_я=Н_Яl_Я, F₃=Н₃l₃ - магнитные напряжения в стержнях, ярмах и стыках,

Н_СТ, Н_Я, Н₃ – напряженности магнитного поля на этих участках магнитной системы,

l_СТ, l_Я, l₃ - средние длины магнитных линий.

Напряженности магнитного поля Н_СТ и Н_Я определяют в зависимости от магнитной индукции в стержнях и ярмах по экспериментальным данным для электротехнических сталей, из которых выполнены участки магнитной цепи.

Строят магнитную характеристику трансформатора Ф=f(F)

Отличительная особенность от других электрических машин – отсутствие начального линейного участка.

Величину и форму кривой намагничивающего тока трансформатора определяют графически.

В левом верхнем квадранте – синусоидальная кривая изменения магнитного потока во времени, а в правом верхнем кривая намагничивания трансформатора, в котором МДС заменена пропорциональна ей током . В правом нижнем квадранте показана искомая зависимость изменения во времени намагничивающегося тока. Эта кривая несинусоидальна, т.к. зависимость между и Ф - нелинейна. Чем сильнее насыщение магнитной системы, тем больше выражена несинусоидальность намагнивающего тока.

Действующее значение намагничивающеого тока

(13)

где α, β, γ - коэффициент, показывающий относительное содержание высших гармоник в кривой тока. Для практических расчетов ограничиваемся учетом 3 и 5 гармоник.

При индукциях Вм=1,6..1,65Тл, применяющихся в магнитопроводах из холоднокатаных сталей принимают I_μ≈I_μ1 (действующее значение его первой гармоники), что позволяет изображать вектором намагничивающий ток на диаграмме трансформатора.

Ток ХХ. Намагничивающий ток является главной составляющей тока холостого хода трансформатора I₀. Этот ток является реактивным, т.е. . Но реальный трансформатор в режиме х.х. потребляет от источника переменного тока некоторую активную мощность, т.к. при переменном потоке в стальном магнитопроводе возникают потери энергии от гистерезиса и вихревых токов ΔP_M. Поэтому ток ХХ имеет активную составляющую , обеспечивающую поступление в первичную обмотку мощности, компенсирующей магнитные потери (электрическими потерями в первичной обмотке в этом режиме можно пренебречь из-за малости тока х.х.) следовательно, ток холостого тока

(14)

На практике активная составляющая тока I_оа не превышает 10% от тока I_о, следовательно она оказывает малое влияние на значение тока х.х.. Форма кривой тока х.х определяется в основном кривой намагничивающего тока.