4. Хх трансформатора: ур-ие электр-го состояния, схема замещения и векторная диаграмма

Холостым ходом трансформатора является такой предельный режим работы, когда его вторичная обмотка разомкнута и ток вторичной обмотки равен нулю (I2 = 0) ток первичной обмотки составляет от 1 до 2.5% от первичного номинального. Опыт холостого хода позволяет определить коэффициент трансформации, ток, потери и сопротивление холостого хода трансформатора. Рис. 8.5. Схема опыта холостого хода трансформатора

На рис. 8.4 изображены схема замещения (а) и векторная диаграмма (б) трансформатора при холостом ходе (Е₂ на рисунке не показана). В схеме замещения r₀ — активное сопротивление, потери мощности в котором равны потерям мощности в магнитопроводе трансформатора, х₀— индуктивное сопротивление первичной обмотки, обусловленное основным магнитным потоком, r₁ — активное сопротивление первичной обмотки, x₁ — индуктивное сопротивление первичной обмотки, обусловленное потоками рассеяния. Уравнение электрического состояния первичной цепи трансформатора при холостом ходе

U₁ = - E₁₀ + I₁₀r₁ + jI₁₀x₁.

Напряжение на выводах вторичной обмотки при холостом ходе трансформатора U₂₀ = E₂.

5. Работа трансформатора под нагрузкой. Уравнения электр-го состояния, векторная диаграмма, схема замещения, параметры схемы замещения транс-ра

Нагрузочным или рабочим называется режим работы трансформатора, при котором к первичной обмотке подведено напряжение U₁, а к вторичной подключены потребители Z_Н (рис. 1), так  что I₂  > 0.

Рис. 1 — Нагрузочный режим однофазного трансформатора

Это основной режим, при котором вторичный ток изменяется в пределах 0<I₂ ≤I_2Н , а коэффициент мощности cosφ₂ определяется характером нагрузки и может изменяться от нуля до 1,0.

Схема замещения первичной обмотки при переходе от режима холостого хода к нагрузке не изменяется, однако первичный ток увеличивается до значения I₁ (рис.2, а), что должно найти отражение в уравнении равновесия ЭДС первичной обмотки при нагрузке:

Рис. 2 — Схемы замещения первичной (а) и вторичной (б)   обмоток трансформатора при нагрузке

Электрическая схема замещения вторичной обмотки показана на рис.2, б, на которой r₂ — её активное сопротивление, а полное сопротивление нагрузки:

Уравнение электрического равновесия вторичной обмотки при нагрузке имеет вид:

Это уравнение источника электрической энергии, что и представляет собой трансформатор по отношению к нагрузке. Как видно, при работе под нагрузкой напряжение на нагрузке отличается от ЭДС Е₂  на величину падения напряжения на внутренних сопротивлениях вторичной обмотки. Следует отметить, что соотношение между ЭДС Е₂ и напряжением U₂  зависит также от характера нагрузки, о чем будет сказано ниже.

Векторные диаграммы первичной и вторичной обмоток являются графическим решением уравнений:

 

Для вторичной обмотки (рис. 3, б) сдвиг по фазе между током I₂ и напряжением U₂ , (угол φ₂) определяется соотношением параметров нагрузки:

а угол ψ₂ — соотношением реактивных и активных сопротивлений вторичной обмотки и нагрузки, т.е.

Рис. 3 — Векторные диаграммы первичной (а) и вторичной (б) обмоток трансформатора

На рис.3  векторные диаграммы изображены для случая активно-индуктивной нагрузки. На векторной диаграмме первичной обмотки (рис. 3, а) вектор тока  получают, пристраивая к вектору тока холостого хода   вектор тока  измененный в отношении 1/к и повернутый на 180°, т.е. вектор

Построение вектора первичного напряжения U₁  аналогично построе­нию для режима холостого хода, однако векторы падений напряжения

ориентируются по отношению к вектору тока  .

Сдвиг по фазе между током I₁ и напряжением U₁ обозначают φ₁. Угол φ₁, определяет, как известно, при заданных значениях тока и напряже­ния, подводимую к трансформатору от сети активную P₁ = U₁I₁cosφ₁ и реактивную  Q₁ =U₁I₁sinφ₁ мощности. Чем больше угол φ₁, тем меньше активная и тем больше реактивная мощности.