Режим холостого ходу 1
Режим холостого ходу виникає в процесі експлуатації трансформатора при відключенні приймача.
Струм первинної обмотки трансформатора при відключеному споживачі електроенергії є його струмом холостого ходу (
Що входить до рівняння кут магнітних втрат (кут зсуву по фазі між струмом і магнітним потоком трансформатора) обумовлений втратами потужності в магнітопроводі трансформатора. Значення углаобично невелика і для сучасних електротехнічних сталей становить 4 - 6.
напруга, що підводиться в режимі холостого ходу до трансформатора, відповідно до другого закону Кірхгофа для первинної обмотки може бути представлено як сума :.
Виходячи з цього рівняння електричної рівноваги, можна побудувати векторну діаграму трансформатора для режиму холостого ходу (рис. 2).
при дослідженні трансформатора з'являється необхідність проведеніяопита холостого ходу. Цей досвід проводиться з метою визначення коефіцієнта трансформацііn. магнітного потокаФm. коефіцієнта потужності cosφ0. а також втрат мощностіPМ в осерді магнітопроводу трансформатора.
При досвіді холостого ходу до первинної обмотці трансформатора підводиться напруга, рівне його номінального значення U1ном. Вторинна обмотка трансформатора при цьому розімкнути, так як в ланцюзі її відсутнє навантаження. В результаті цього струм у вторинній обмотці виявляється рівним нулю (I2 = 0). За ланцюзі первинної обмотки трансформатора в цих умовах протікає струм холостого ходаI0. значення якого зазвичай невелика і складає близько 410% від номінального значення струму в первинній обмоткеI1НОМ. Зі збільшенням номінальної потужності трансформатора відносне значення струму холостого ходу знижується.
Скориставшись другим законом Кірхгофа для первинної та вторинної ланцюга трансформатора в режимі холостого ходу, можна отримати наступні рівняння електричної рівноваги:
;
Нехтуючи впливом падіння напруги на первинній обмотці трансформатора I0Z1. рівного добутку струму холостого ходу на опір первинної обмоткіZ1 =
Активна потужність, споживана трансформатором в режимі холостого ходу Px.x. витрачається на втрати потужності в магнітопроводі і електричні втрати потужності в первинній обмотці: Px.x = Pм + Pе1.
Так як активний опір первинної обмотки R1. так само як і струм холостого ходаI0 трансформатора, зазвичай незначні, електричні втрати в цій обмотці виявляються невеликими і ними можна знехтувати. В результаті цього можна прийняти, що потужність, споживана трансформатором в досвіді холостого ходу і вимірюється ваттметром, витрачається на втрати в магнітопроводі, обумовлені гістерезисом і вихровими струмами: Px.x = Pм.
Режим навантаження трансформатора
режим навантаження є робочим для трансформаторів 1, 2 і 4 типів (див. класифікацію) і здійснюється при підключенні до вторинної його обмотці споживача електричної енергії. В цьому випадку ланцюг вторинної обмотки трансформатора замкнута і під действіемe2 по ланцюгу тече змінний токi2.
Чинне значення струму у вторинній обмотці навантаженого трансформатора відповідно до закону Ома визначається виразом
,
де ZПР =
Так як опір первинної обмотки трансформатора мало, то можна приблизно вважати, що U1 E1. З цього випливає, що при постійній напрузі живильної мережі (U1 = const) в режимі навантаження трансформатора ЕДСЕ1 можна вважати незмінною (Е1 = const). Так як ЕРС наводиться результуючим магнітним потоком, то, отже, цей потік повинен також залишатися практично незмінним при різній (до номінальної) навантаженні трансформатора, т.е.Ф = const. Зміна навантаження, підключеної до вторинної обмотці, що супроводжується зміною токаI2. викликає відповідну зміну токаI1. Трансформатор як би автоматично змінює потужність трансформованою електроенергії при зміні потужності приєднаної до нього навантаження. Це дуже важлива властивість трансформатора називаетсясвойством саморегуляції.
При змінах величини і характеру навантаження трансформатора змінюється також і напруга на вторинній обмотці.
При розрахунку електричних ланцюгів з трансформаторами завдання розрахунку ускладнюється через магнітну зв'язку між первинною і вторинною обмотками трансформатора. Це завдання можна спростити, якщо замінити магнітну зв'язок електричної. У цьому випадку дослідження режимів роботи спрощується і зводиться до розрахунків щодо простий електричного кола. Електрична схема в якій магнітна зв'язок між обмотками трансформатора замінена електричної, називається схемою заміщення.
Складемо структуру цієї схеми. Для цього попередньо зробимо деякі перетворення. Об'єднаймо дві обмотки трансформатора в одну, зробивши рівними ЕРС цих обмоток (Е1 = Е2 '). Рівність буде виконано, якщо нове число витків вторинної обмоткіw2 'зробити рівним числу витків первинної обмоткіw1. т.е.w2 '= w1. Очевидно, що при такому перетворенні змінюються всі величини, що характеризують вторинну ланцюг, і їх необхідно перерахувати на нове число витків. Перерахунок величин вторинному ланцюзі на нове число витків називається приведенням вторинному ланцюзі до числа витків первинної ланцюга, а трансформатор в цьому випадку називається наведеним.
Для наведеного трансформатора рівняння, що описують робочий процес в ньому, набувають вигляду:
;
ЕРС
Тепер з урахуванням вищевикладеного повні рівняння електричного стану первинної і вторинної обмоток наведеного трансформатора придбають вид:
;
.
На підставі цих рівнянь і того, що
