5. Режим холостого хода трансформатора.

Рис.условная электрическая и принципиальная схемы трансформатора при холостом ходе

При подключении V₁ будет ток I=I₀ (установившемся режиме), который называют током холостого хода. Создается намагничивающая сила .

HCF₀ – возбуждает Фs₁, большая часть силовых линий потока замыкается на сердечнике, образуя основной магнитный поток Ф₀, сцепленный со всеми витками первичной и вторичной обмоток. Меньшее число силовых линий замыкается по воздуху, образуя поток рассеянный, сцепленный только с витками первичной обмотки.

Ф_s1 индуцировано

,

Уравнение равновесия ЭДС

Трансформаторы проектируют так, чтобы при номинальной нагрузке геометрическая сумма ЭДС, индуцированная потоком рассеивания и падения напряжений на активном сопротивлении первичной обмотки была много меньше ЭДС, индуцированной основным магнитным потоком. На холостом ходу ток во много раз меньше чем при номинальной нагрузке и можно считать:

Следовательно закон изменения U₁ определяется законом изменения ЭДС и законом изменения основного магнитного потока Ф₀:

Если , то (2)

Действительное значение ЭДС первичной обмотки:

Из уравнения равновесия ЭДС:

Следовательно основной магнитный поток прямо пропорционален напряжению U₁ и обратно пропорционален и .

Причем амплитуда магнитного потока не зависит от сопротивления магнитной цепи b(1/Г)

,

где - магнитная постоянная; l – длина магнитопровода, м;

S – площадь поперечного сечения магнитопроводов, м²_;

- относительная магнитная проницаемость сердечника

Сопротивление магнитной цепи определяет величину реактивной мощности, потребляемой от ИЭЭ для возбуждения, магнитного потока в магнитопроводе трансформатора, и, следовательно, величину реактивной составляющей тока холостого хода .

Если пренебречь полями рассеяния, то для магнитной цепи по закону Ома имеем:

_;

Из-за нелинейности кривой намагничивания материала сердечника реактивная составляющая тока холостого хода неситроид. Кроме реактивной составляющей имеется также активная составляющая , обусловленная наличием потерь в стали магнитопровода (гистерезис, вихревые токи).

Однако при построении векторной диаграммы трансформатора ток холостого хода считают синусоидальным и равным действительному значению истинного тока холостого хода, которое может быть определено амперметром из опыта холостого хода.

В векторной форме уравнения равновесия ЭДС (2) будет иметь вид:

(4)

где

Рис.векторная диаграмма трансформатора при х.х.

- угол магнитного запаздывания из-за потерь в сердечнике, т.к. для построения вектора надо построить геометрическую сумму векторов правой части древа.

РИСУНОК

Полное сопротивление вносимое стальным сердечником , где - активное сопротивление, обусловленное потерями в стали, - индуктивное сопротивление первичной обмотки, обусловленное основным магнитным потоком .

Поскольку с.э.д и поток связаны через производную, то посмотрим как изменится поток, а следовательно и ток при прямоугольной форме входного напряжения, как это бывает в статических преобразователях ;

Рис. Изменение во времени а) напряжения б) магнитного потока

Параметрические трансформаторы могут быть определены или рассчитаны по данным опыта холостого хода и короткого замыкания. При проведении опыта холостого хода подводится , определяется ток холостого хода , обычно в процентах: .

На холостом ходу можно считать, что , так как ток холостого хода мал > 200 ВА . Но может доходить при меньшей мощности до с целью уменьшения габаритов определяются:

Схема для опыта короткого замыкания

;

;

При опыте короткого замыкания подается напряжение , при котором по обмотке протекают номинальные токи и обычно , . Таким образом пренебрегая намагничивания током, уравнение магнитного равновесия может быть записано как

; ; .

Из схемы видно, что полное сопротивление короткого замыкания трансформатора:

Определяется ; ; ;

При испытании все величины измеряются на одной фазе и подставляются в те же формулы. Напряжение короткого замыкания, его активная и реактивная составляющая определяются следующими выражениями: ; ; .

Сдвиг между напряжением и током: называется углом короткого замыкания.

Величина позволяет рассчитать ток аварийного короткого замыкания. В установившемся режиме . В переходном процессе имеет место ударный ток ( ).

Ударный ток представляет серьезную опасность для трансформатора большой мощности, так как электромагнитные силы, пропорциональные квадрату тока могут сдвинуть витки, снять изоляцию и вызвать её пробой. Поэтому катушка и витки обмоток прочно укрепляются.