1.4.3. Нагрузка трансформатора.
Рассмотрим режим нагрузки трансформатора (рис. 1.83), когда вторичная обмотка замкнута на нагрузочное сопротивление Zн и по ней протекает ток I2.
Рис. 1.83. Нагрузка трансформатора.
В этом случае можно указать следующие составляющие магнитного потока:
1. Основной поток Ф, сцепленный с первичной и вторичной обмотками.
2. Потоки рассеяния первичной и вторичной обмоток Ф1р и Ф2р, которые учитываются посредством введения понятий индуктивных сопротивлений рассеяния Х1, Х2.
Падения напряжения на активных сопротивлениях самих обмоток невелики, поэтому U1≈E1, U2≈E2.
Согласно закону полного тока магнитодвижущая сила (МДС) (это свойство тока возбуждать магнитное поле) в замкнутом магнитном контуре равна сумме падений магнитных напряжений на нем:
Hl=∑WkIk
где Н – напряженность магнитного поля, А/м.
l – длина средней магнитной линии сердечника.
Wk - число витков к-й катушки.
Ik – ток в к-й катушке.
Для режима х.х. трансформатора:
При работе трансформатора с нагрузкой:
Т.к. первичное напряжение при х.х. и в режиме нагружения U1=const, то Н0=Нн.
Следовательно,
Разделив все члены этого уравнения на W1, получим:
И режиме х.х. I2=0, I1=I0.
В режиме нагружения во вторичной обмотке возникает ток I2, который согласно закону Ленца препятствует причине, его вызвавшей.
Поэтому ток I2 направлен так, чтобы размагнитить магнитопровод, т.е. навстречу I1.
Введем понятие приведенного вторичного тока (ток вторичной обмотки, приведенных к первичной):
С учетом того, что направление I2 противоположно направлению I1 :
Тогда (1.15) можно записать так:
Следовательно, увеличение тока I2 во вторичной цепи вызывает возрастание тока I1 , потребляемого из сети первичной обмоткой.
Таким образом, трансформатор обладает свойством саморегулирования
1.4.4. Схема замещения трансформатора с нагрузкой.
Расчеты токов и напряжений в трансформаторе, в котором первичная и вторичная обмотки гальванически разобщены, могут быть сведены к обычным расчетам разветвленной цепи переменного тока.
Для этой цепи составляется схема замещения трансформатора, процессы в которой описываются теми же уравнениями, что и процессы в трансформаторе (рис 1.84.)
Рис. 1.84. Т-образная схема замещения трансформатора с нагрузкой.
Здесь такие обозначения:
-
приведенный ток || обмотки.
,
- приведенное напряжение || обмотки.
Введем понятие приведенных сопротивлений
или
Отсюда
следует:
Соответственно:
Где, Х1, Х2 – реактивное, и
r1, r2 – активное сопротивление | и || обмоток.
r0, Х0 – активное и реактивное сопротивления контура намагничивания (в режиме холостого хода.
Все параметры Т – образной схемы замещения определить сложно. Поэтому на практике используется упрощенная схема замещения (рис. 1.85).
Рис. (1.85) Упрощенная схема замещения трансформатора.
В этой схеме контур намагничивания отсутствует, т.к. ток холостого хода I0<<I2’, а активные и реактивные сопротивления обмоток объединены:
rт=r1+r2’ ; xт=x1+x2.