Робочий режим трансформатора, електротехніка

Робочий режим трансформатора

Робота трансформатора під навантаженням. Робочий режим - це робота трансформатора при підключених споживачів або під навантаженням (під навантаженням розуміється струм вторинної ланцюга - чим він більший, тим більше на-вантаження). До трансформатора підключаються різного роду споживачі: електричні двигуни, освітлення і т. П.

Схема навантаженого трансформатора представлена ​​на рис. 2.7.

Первинна обмотка підключається до джерела синусоїдальної напруги. Струм у первинній обмотці або, точніше, МДС викликає основний магнітний потік і магнітний потік розсіювання.

Змінюється магнітний потік пронизує обмотки і відповідно до закону електромагнітної індукції (ЕМІ) в обмотках наводяться ЕРС і. вибрані позитивні напрямки яких показані на рис. 2.7. До вторинної обмотці підключений споживач з опором (в комплексній формі), тобто вторинна обмотка замкнута, і струм в ній викликає МДС. Як видно з рис. 2.7, МДС спрямована проти МДС. т. е. потік вторинної обмотки спрямований назустріч потоку первинної обмотки. Дійсно, якщо припустити, що МДС створює потік. спрямований так само, як і потік. то результуючий магнітний потік і ЕРС збільшаться. В результаті потужність стане більше, ніж потужність, що підводиться з мережі, що суперечить закону збереження енергії. Таким чином, як би не була покладена вторинна обмотка, її МДС завжди спрямована протилежно МДС первинної обмотки. Цей же висновок випливає з правила Ленца.

Зі зміною струму при незмінному змінюється струм. що випливає з закону збереження енергії. Наприклад, при збільшенні струму посилюється його розмагнічуюче дію, сумарний магнітний потік і, отже, ЕРС повинні зменшитися, але струм збільшується так, щоб вийшов потік первісного значення.

Рівняння магніторушійних сил. Виходячи з міркувань, викладених в п. 2.4.1, запишемо МДС (для миттєвих значень)

де - миттєве значення результуючої МДС обох обмоток.

При незмінному чинному значенні напруг результуючий магнітний потік практично залишається також незмінним в режимах від холостого ходу до номінального, тому

або в комплексній формі

Розділивши обидві частини (2.5) на. отримаємо:

Позначивши. запишемо для струмів

З (2.6б) слід, що струм можна розглядати що складається з двох складових: одна визначає основний магнітний потік. а друга компенсує

розмагнічуюче дію струму вторинної обмотки.

Струм холостого ходу складає лише кілька відсотків струму. Якщо їм можна знехтувати, то з (2.6а) слід, що струми обмоток і обернено пропорційні числам витків, т. Е або з індексами вищого і нижчого напруг

З (2.7) випливає, що в обмотці з великим числом витків ток менше.

Рівняння електричного стану. На рис. 2.7 показана схема трансформатора з включеним споживачем, опір якого в комплексній формі. Будемо, як і при холостому ході, розглядати первинну обмотку трансформатора як приймач, а вторинну обмотку як джерело електричної енергії. При такому трактуванні функцій обмоток ЕРС спрямована проти позитивного напрямку струму. а позитивний напрямок струму вторинної обмотки збігається з на-правлінню з ЕРС.

Рівняння, що складається за другим законом Кірхгофа для первинної ланцюга:

де - падіння напруги на активному опорі проводу первинної обмотки; - падіння напруги на опорі розсіювання первинної обмотки. У комплексній формі

Рівняння, що складається за другим законом Кірхгофа для вторинної ланцюга:

де - напруга на висновках вторинної обмотки; - падіння напруги на активному опорі проводів вторинної обмотки; - падіння напруги на опорі розсіювання вторинної обмотки. У комплексній формі:

Приведення вторинної обмотки трансформатора кпервічной. При розрахунку електричних ланцюгів з трансформаторами завдання розрахунку ускладнюється через магнітну зв'язку між вторинної та первинної обмотками трансформатора. Це завдання можна спростити, якщо для усунення магнітного зв'язку між обмотками скласти еквівалентну електричну схему. Останнє можливо, якщо об'єднати обидві обмотки трансформатора в одну, зробивши рівними ЕРС цих обмоток (). Рівність буде виконано, якщо нове число витків вторинної обмотки зробити рівним числу витків первинної обмотки, тобто якщо. Очевидно, що при такому перетворенні зміняться 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.

Приведення вторинної обмотки до первинної спрощує розрахунок деяких робочих характеристик трансформатора і полегшує побудову векторних діаграм, так як в наведеному трансформаторі величини вторинної ланцюга мають той же порядок, що і величини первинного кола.

Знайдемо наведені значення величин для понижувального трансформатора, помноживши (2.9) на:

або через коефіцієнт трансформації

Наведеними значеннями напруг, ЕРС, струму і опорів є

Запишемо рівняння (2.9) з наведеними значеннями:

Таке перетворення справедливо, так як МДС, відносні значення падінь напруги і потужність втрат в проводах залишаються незмінними, т. Е.