Режим холостого ходу трансформатора та намагнічує струм трансформатора

При підключенні до первинної обмотці трансформатора синусоидально змінюю-щегося напруги в ній потече змінний струм холостого ходу I0. Цей струм створює м. Д. С. I0w1, де w1 - число витків первинної обмотки трансформатора, послідовно з'єднаних між собою.

М. д. З. I0w1 створює магнітний потік, велика частина якого замикається по сталевому сердечнику і зчіплюється з обома обмотками трансформатора. Цю частину магнітного потоку називають основним і позначають буквою Ф. Невелика частина магнітного потоку замикається по повітрю і зчіплюється тільки з первинної обмоткою, не беручи участі в индуктирование е. д. з. у вторинній обмотці. Цю частину потоку називають потоком розсіювання і позначають Фрc (рис. 1).

Потік розсіювання Фр1 индуктирует в первинній обмотці е. д. з. розсіювання Eр1. При протіканні струму по активному спротиву обмотки виникає е. д. з. активного опору Еа, спрямована проти струму.

Відповідно до рівняння рівноваги е. д. з, напруга U1, підведене до первинної обмотці трансформатора, врівноважується в будь-який момент часу сукупністю зворотних е. д. з, що виникають в цій обмотці, т. е.

Рівняння рівноваги е. д. з. добре виражає векторна діаграма холостого ходу трансформатора (рис. 2). Вектор основного магнітного потоку Ф1 индуктирует е. д. з. Е1 і Е2 в первинної та вторинної обмотках. Вектори цих е. д. з. відстають від вектора магнітного потоку Ф на 90 °.

Струм холостого ходу I0 випереджає вектор Ф на кут втрат # 945 ;, який дорівнює 5-7 °.

Магнітний потік розсіювання, що співпадає по фазі з вектором струму, так як його силові лінії замикаються по повітрю, індукує в первинній обмотці е. д. з. розсіювання Eрс1 вектор якої відстає на 90 ° від вектора Фрс1.

Струм холостого ходу I0. проходячи по активному спротиву обмотки r1, створює в обмотці е. д. з. активного опору Еа1, спрямовану проти струму. Таким чином, на діаграмі зображені всі зворотні е. д. з, які врівноважують вектор напруги мережі.

Вектор напруги мережі можна розглядати що складається з трьох складають, кожна з яких врівноважує відповідну зворотну е. д. з:

а) слагающая, урівноважує зворотний е. д. з. Е1, дорівнює і направлена ​​протилежно е. д.с. Е1. На векторній діаграмі холостого ходу вона позначена через Е1;

в) падіння напруги на індуктивному опорі-ванні первинної обмотки I0x1,

уравновешивающее е. д. з. розсіювання Eр1, індуковану магнітним потоком розсіювання Фрс1. випереджає струм I0 на 90 °. Потік Фm в осерді створюється магніто-рушійною силою первинної обмотки. На векторній діаграмі (рис.2) магнітний потік і струм його викликає збігаються по фазі і відстій-ють від напруги U1 на кут. а ЕРС наводь-мі в первинної та вторинної обмотках

Мал. 2 Векторна діаграма

холостого ходу трансформатора

відстають на від вектора магнітного потоку

Векторна діаграма показує зсув по фазі індукованих в обмотках трансфор-матора е. д. з. по відношенню до основного магнітного потоку Ф. На ній видно, що прикладена до первинної обмотці трансформатора напруга U1 врівноважується зворотними е. д. з. Так як при холостому ході I0r1 і I0x1 мають дуже малі значення, то ними нехтують і вважають, що напруга при холостому ході врівноважується практично тільки е. д. з. Е1.

На векторній діаграмі (рис.4) магнітний потік і струм його викликає збігаються по фазі і відстають від напруги U1 на кут.

Величину е. д. з, индуктируемой в обмотках основ-ним магнітним потоком Ф, можна визначити за формулами:

Фм - найбільше значення основного магнітного потоку (вб).

Так як прикладена напруга U1 врівноважується практично е.р.с. Е1, то е. д. з. Е1 знаходиться в протифазі щодо напруги. На малюнку 90 синусоїда напруги зображена суцільною лінією, а синусоїда е. д. з. Е1 - пунктирною.

Струм холостого ходу складається з двох складових:

б) реактивної, намагничивающей складової I0р. яка збігається з вектором основного магнітного потоку Ф.

Мал. 4 Векторна діаграма струму намагнічування трансформатора

Чинне значення струму холостого ходу:

Активна складова струму може бути визначена з формули:

Зазвичай співвідношення між активною складовою струму і струмом холостого ходу наступне:

У силових трансформаторах струм I0 невеликий, він становить близько 10% Iн для трансформаторів малої потужності і 2-3% Iн для трансформаторів великої потужності.

Мал. 3 Побудова кривої намагнічує струму трансформатора.

Використовуючи криву намагнічування стали трансформатора, побудуємо криву намагнічує струму трансформатора (рис. 3). Так як прикладена до трансфор-матора напруга синусоидально, то і урівноважує напруга е. д. з. Е1 теж повинна бути синусоїдальної, а в свою чергу крива індукуючого цю е. д. з. магнітного потоку Ф теж повинна бути синусоїдальної і випереджати е. д. з. на 90 ° (рис. 3). Магнітний потік Ф створюється м. Д. С. I0pw1 .Поки потік Ф і відповідна потоку магнітна індукція В малі, сталь трансформатора не насичена, значення струму I0p мало.

Користуючись кривими на малюнку 3, побудуємо криву намагнічує струму I0p. Для цього домовимося прийняти w1 = 1 і приймемо значення I0pw1 за значення струму I0p. Намети на кривій Ф чотири точки а, б, в и р і по кривій намагнічування знайдемо відповідні цим зна-вам Ф струми I0p. відкладемо їх справа і побудуємо криву струму I0p. Крива намагнічує струму має шпилястий характер (рис. 3), що обумовлюється насиченням стали трансформатора.

Втрати потужності при холостому ході трансформатора незначні. Так як струм холостого ходу трансформатора малий, то втратами в міді первинної обмотки пренебр-гают і вважають, що потужність холостого ходу йде тільки на покриття втрат в сталі, т. Е.

Втрати в стали трансформатора не залежать від його навантаження. Вони пропорційні квадрату магнітної індукції В 2, так як частота в мережі постійна, т. Е.

Таким чином, втрати в сталі пропорційні квадрату е. д. з. E1 2, або, якщо знехтувати падінням напруги, то квадрату прикладеної напруги U1 2.

Питомі втрати в сталі рівні приблизно 1,2-3,9 Вm / кг стали, а в останніх марках холоднокатаної легованої сталі вони знижені до 0,8 Вm / кг сталі.

Застосування холоднокатаної легованої сталі значно зменшує вагу і розміри трансформаторів, так як ця сталь, при інших рівних умовах, має мень-шие питомі втрати і дозволяє збільшити магнітну індукцію на 15-20%.

У сучасних трансформаторах втрати в сталі складають від 0,2 до 1,8% S н трансформатора. Великі числа відносяться до трансформаторів невеликих потужностей.

Для випробування холостого ходу необхідно включити в схему амперметр, ватметр і вольтметр (мал. 91, а). До затискачів вторинної обмотки також може бути підключений вольтметр для визначення коефіцієнта трансформації. До первинної обмотці від генератора змін-ного струму підводиться номінальну напругу U1Н. Підводиться напруга можна змінювати в разі необ-хідності зняття характеристик холостого ходу.

Характеристиками холостого ходу трансформатора на-викликають залежність струму холостого ходу IХ, потужності холостого ходу Рх і коефіцієнта потужності cos # 966; х від на-напруги при постійній частоті в мережі (рис. 91, б).

При знятті характеристик холостого ходу напруга змінюють приблизно від 30 до 110% UH.

Як видно з кривих, залежність струму холостого ходу IХ = f (U) при малих значеннях U1 майже прямолінійна, а потім струм швидко зростає внаслідок наси-щення стали трансформатора. Залежність потужності холостого ходу Рх = f (U1) має параболічний характер, так як РхUx. Коефіцієнт потужності cos # 966; x при збільшен-ня напруги різко зменшується. Практичний висновок з цих характеристик - не можна включати трансформатор на підвищену напругу, так як це призводить до підвищення втрат в сталі і зменшення коефіцієнта потужності.

Мал. 91. Досвід холостого ходу трансформатора:

а- схема, б - характеристики холостого ходу.