Возьмём трансформатор с двумя обмотками: первичной– W1 для подключения к сети и вторичной – W2 для подключения нагрузки. Его изображение и условное обозначение на схемах показано на рис. 2.17.
Рисунок 2.17 – Условное обозначение трансформатора на схемах
Возможны три режима работы трансформатора: режим холостого хода (ХХ), рабочий режим (номинальный) и режим короткого замыкания (КЗ). Рассмотрим эти режимы.
Режим холостого хода. Сопротивление нагрузки равно бесконечности и трансформатор в этом режиме эквивалентен обычной катушке индуктивности с ферромагнитным сердечником. При этом, его можно представить эквивалентной схемой рис. 2.18.
Рисунок 2.18 – Эквивалентная схема трансформатора на холостом ходу
(а – последовательная, б – параллельная)
На рисунке 2.18 обозначено:
r1 – активное сопротивление первичной обмотки
LS1 – индуктивность, характеризующая поток рассеяния первичной обмотки
r0 – сопротивление активных потерь в магнитопроводе
L0 – основная индуктивность первичной обмотки
(2.19)
Iμ – ток, создающий основной магнитный поток (ток намагничивания)
Ia – ток активных потерь в сердечнике
– ток холостого хода трансформатора.
Параллельная схема удобна для построения векторной диаграммы (реальная катушка). Она приведена на рис.2.19.
Рисунок 2.19 – Векторная диаграмма трансформатора на холостом ходу
Здесь 
– угол потерь в магнитопроводе
x1– сопротивление индуктивности рассеяния LS1.
При этом вектор ЭДС индуцированный в обмотке W2 совпадает по фазе с eL: Напряжение U1 есть сумма
или 
(2.20)
Потери на омическом сопротивлении обмотки малы, поскольку ток холостого хода много меньше номинального и угол сдвига между током и напряжением (I10 и U1) определяется потерями в магнитопроводе. Из опыта холостого хода и находят угол потерь и рассчитывают потери в сердечнике.
Трансформатор является обращаемым устройством (первичную и вторичную обмотки можно поменять местами!), поэтому для каждой из обмоток записываем основную формулу трансформаторной ЭДС (2.13)
Разделив, соответственно, правые и левые части, получаем выражение для коэффициента трансформации
, (2.21)
который и определяют из опыта холостого хода.
Рабочий режим (нагруженный или номинальный). Если к обмотке W2 подключить нагрузку Rн, то под действием индуцированной ЭДС во вторичной обмотке e2 потечёт ток I2 ( рис.2.17б). Токи I1 и I2 ориентированы различно относительно магнитного потока Ф0. Ток I1 создает поток Ф1, а ток I2 создаёт поток Ф2 и стремиться уменьшить поток Ф1. То есть в магнитопроводе появляются магнитные потоки Ф1 и Ф2, которые на основании закона Ленца направлены встречно и их алгебраическая сумма даёт: 
– поток ХХ трансформатора.
Отсюда можно записать уравнение намагничивающих сил (закон полного тока):
(2.22)
Видно, что изменение тока I2 обязательно приведёт к изменению тока I1. Нагрузка образует второй контур, в котором ЭДС е2 является источником энергии. При этом, справедливы уравнения:
, (2.23)
где r2 – омическое сопротивление вторичной обмотки
х2 – сопротивление индуктивности рассеяния вторичной обмотки.
В этом режиме трансформатор удобно представить эквивалентной схемой рис. 2.20
Рисунок 2.20 – Эквивалентная схема нагруженного трансформатора
Схема рис.2.20 называется Т– образной схемой замещения или приведённым трансформатором. Приведение вторичной обмотки к первичной выполняется при условии равенства полных мощностей вторичных обмоток 
, то есть 
. Тогда
(2.24)
Токи и напряжения приводятся через коэффициент трансформации, а сопротивления – через квадрат коэффициента трансформации. Можно пересчитать вторичную цепь в первичную или наоборот.
Такое представление трансформатора позволяет методами теории цепей рассчитать любую, сколь угодно сложную схему с трансформаторами.
Режим короткого замыкания (КЗ). Этот режим в эксплуатационных условиях является аварийным. Он нужен только для экспериментального определения параметров трансформатора. Измерения проводят в следующей последовательности. Входное напряжение устанавливают равным нулю. Замыкают выходные клеммы ( U2 = 0). Плавно поднимают входное напряжение (U1) до тех пор, пока в обмотках не установятся номинальные токи. Величина U1 = UКЗ называется напряжением короткого замыкания, является паспортной величиной трансформатора и составляет 5…10% от номинального U1ном. При этом, ток холостого хода I10 весьма мал по сравнению с номинальным и им можно пренебречь (считать равным нулю). Тогда эквивалентная схема трансформатора в режиме КЗ принимает вид рис.2.21
Рисунок 2.21 – Эквивалентная схема трансформатора в режиме КЗ
Ток I10= 0, поэтому на рисунке ветвь с индуктивностью L0 отсутствует
(2.25)
Результирующее сопротивление есть сопротивление короткого замыкания трансформатора. Зная 
можно найти 
и, следовательно, потери мощности в обмотках трансформатора.
Намагничивающая сила, создающая магнитный поток в сердечнике
и если I10 = 0, то 
откуда находим отношение витков, а значит и коэффициент трансформации
(2.26)
Знак минус говорит о том, что магнитные потоки Ф1 и Ф2 направлены навстречу и взаимно компенсируются.
Если трансформатор многообмоточный, как показано на рис 2.22а , то его схема замещения имеет вид рис 2.22б.
Величина сопротивления Z2 находится как сумма паразитных параметров обмоток
(2.27)
Рисунок 2.22 – Схема замещения трансформатора с двумя
вторичными обмотками
Дата: 2018-12-21, просмотров: 273.
