Трансформаторы, холостой ход и нагрузочный режим. Опыт короткого замыкания.
Трансформатором называется статичный (т.е. без движущихся частей) прибор, предназначенный чаще всего для преобразования одного переменного напряжения в другое напряжение той же частоты.
Трансформатор состоит из двух или более обмоток, которые связаны между собой через общий магнитный поток. Обмотки изолированы друг от друга (за исключением автотрансформаторов). Магнитная связь усиливается за счет сердечника, который состоит из листов электротехнической стали.
Обмотку трансформатора, которая соединяется с источником энергии, называют первичной. Обмотку, отдающую электроэнергию, а также величины, которые относятся к ней, называют вторичными. Соответственно все величины, характеризующие первичную обмотку, обозначают индексами 1, а вторичную — индексом 2.
Трансформаторы могут быть однофазным или трехфазным. Для трехфазного
трансформатора первичной или вторичной обмоткой называют три фазные обмотки одного напряжения. По способу охлаждения трансформаторы могут быть сухими или масляными. Щиток трансформатора содержит информацию о его номинальных напряжениях — высших и низших, номинальной и полной мощности, линейных токах, частоте, числе фаз, схеме и группе соединений и др. В случае, когда первичное напряжение U1 меньше вторичного U2, трансформатор называют повышающим, если U1 > U2, его называют понижающим. Для трансформатора отношение амплитудных, мгновенных и действующих значений э. д. с. соответствует отношению количеств витков обмоток трансформатора:
Существует несколько видов потерь в трансформаторе. Часть полезной мощности тратится на нагрев обмоток, так как их сопротивление не равно нулю. Существуют также потери в сердечнике, связанные с затратами энергии на перемагничивание, на рассеивание магнитного поля и вихревые токи. Несмотря на большое количество видов потерь, коэффициент полезного действия трансформатора очень высок и составляет 98-99.5%.
Холостым ходом называется такой режим трансформатора, при котором к зажимам его первичной обмотки подключено переменное напряжение, а вторичная обмотка разомкнута. Схема холостого хода показана на рисунке.
Этот режим применяется при испытании готового трансформатора. При холостом ходе первичное напряжение U1 создается током холостого хода I10, который создает магнитный поток Ф = Фm sinωt. Вместе с тем происходит частичное рассеяние магнитного потока Фр1.
На векторной диаграмме трансформатора при холостом ходе изображаются
соотношения, подобные соотношениям в катушке со стальным сердечником, т. е. она повторяет векторную диаграмму катушки.
По опыту холостого хода можно вычислить коэффициент трансформации:
Мощность, которая потребляется трансформатором при холостом ходе, тратится на потери в сердечнике и потери в проводах только первичной обмотки i2
10R1. При этом почти все потери сводятся к потерям в стали, поэтому опыт холостого хода применяется для расчета потерь стали трансформатора.
Нагрузочный режим. При подключении нагрузки ZH к вторичной обмотке трансформатора (рис. 222) он начинает отдавать нагрузке некоторую мощность. Соответственно увеличивается и мощность, получаемая первичной обмоткой из питающей сети. Следовательно, при увеличении тока i2 во вторичной обмотке возрастает и ток i1 в первичной обмотке.
Опты короткого замыкания.
Режим короткого замыкания трансформатора характеризуется тем, что вторичная обмотка замкнута накоротко или на очень малое сопротивление. Опыт короткого замыкания используют для нахождения параметров трансформатора: внутреннего падения напряжения, потерь в проводниках и т. п. При проведении этого опыта зажимы вторичной обмотки трансформатора накоротко замыкают и напряжение на первичной обмотке значительно понижают, при этом сила тока I1k в первичной обмотке равна номинальной.
