‘V⁰³

180 • 1000

^н /3 и.

1_Н

г _ ^

1 2.. ’

1,73-10 000

180 • 1000

]/3 U

2Н

1,73-400

10,4 а.

■ 260 а.

Кроме этих данных, на заводском щиткб обозначают следующие основные данные: номинальную частоту — 50 гщ число фаз; схему и группу соединения обмоток; напряжение короткого замыкания е_к (%); режим работы — длительный, кратковременный; наименование завода-изго- товителя; год выпуска; полный вес трансформатора; вес масла и др.

§ 2. Принцип действия трансформатора

Принцип действия трансформатора основан на законе электромагнитной индукции.

Если на замкнутом стальном сердечнике разместить две электрически не связанные между собой обмотки _ф (рис. 88) и одну из них

присоединить к сети пе- ременного тока, то при прохождении перемен- ного тока по первичной обмотке в стальном сер- дечнике возникает пере- менный магнитный по- ток Ф.

Магнитный поток Ф, пронизывая первичную

и вторичную обмотки, согласно закону электромагнитной индукции, индуктирует в каждом витке первичной и вто-

Рис. 88. Принципиальная схема трансформатора при холостом ходе.

118

где Е₁ти Е% — э. д. с. первичной и вторичной обмоток (в); и w₂ — числа витков первичной и вторичной обмоток.

При холостом ходе э. д. с. первичной обмотки Е_г при- близительно равна напряжению на зажимах первичной обмотки U_x, так как падение напряжения в ней при холо- стом ходе мало. Поэтому отношение э. д. с. можно заме- нить отношением напряжений на зажимах обмоток транс- форматора U₁ и U2₀

^wi._ ^Ei _ Ui

w.₂ E₂— u₄

(73)

Это отношение к называют коэффициентом трансформации.

Коэффициентом трансформации трансформатора называют отношение напряжения на зажимах первичной обмотки трансформатора к напряжению на зажимах его вторичной обмотки при холостом ходе.

Если пренебречь потерями, то можно предположить, что мощность, подведенная к трансформатору, равна мощности, отдаваемой им, т. е.

откуда

/» ’

т. е. токи в обмотках трансформатора обратно пропорциональны индуктируемым в этих обмотках э. д. с.

Вопросы для самопроверки

1. Каково назначение трансформаторов?

2. Объясните принцип действия трансформатора.

3. Что такое номинальная мощность, номинальное напряжение и номинальный ток трансформатора и в каких единицах они измеряются?

119

120

Рис. 89. Векторная диа- грамма холостого хода трансформатора.

121

где Е_х и Е₂ — э. д. с. (в);

/_х — частота тока в сети (гц)\ w_x и w₂ — числа витков первичной и вторичной обмоток;

Ф_ш — наибольшее значение основного магнитного потока (вб).

Так как приложенное напряжение U₁ уравновешивается практически э. д. с. Е_1: то э. д. с. Е_х находится

Рис. 90 Построение кривой намагничивающего тока трансформатора.

в противофазе относительно напряжения. На рисунке 90 синусоида напряжения изображена сплошной линией, а синусоида э. д. с. Е₁ — пунктирной.

Ток холостого хода состоит из двух составляющих:

а) активной, соответствующей мощности холостого хода Р₀ — /_0а, и совпадающей с вектором напряжения и_г;

122

h = Vll_&^It_p. (79)

Активная составляющая тока может быть определена

из формулы

⁷°^а ~U_i

(а).

(80)

Обычно соотношение между активной составляющей тока и током холостого хода следующее:

В

I

<0,1.

В силовых трансформаторах ток /₀ невелик, он составляет около 10% /_н для трансформаторов малой мощности и 2—3% /_н для трансформаторов большой мощности.

Используя кривую намагничивания стали трансформатора (рис. 90), построим кривую намагничивающего тока трансформатора. Так как приложенное к трансформатору напряжение синусоидально, то и уравновешивающая напряжение э. д. с. Е_г тоже должна быть синусоидальна, а в свою очередь кривая индуктирующего эту э. д. с. магнитного потока Ф тоже должна быть синусоидальной и опережать э. д. с. на 90° (рис. 90). Магнитный поток Ф создается м. д. с. /₀ w_x. Пока поток Ф и соответствующая потоку магнитная индукция В малы, сталь трансформатора не насыщена, значения тока /_0р малы.

Пользуясь кривыми на рисунке 90, построим кривую намагничивающего тока 1₀ . Для этого условимся принять w₁ — 1 и примем значение /₀ w₁ за значение тока /_0р. Наметим на кривой Ф четыре точки а, б, в и з и по кривой намагничивания найдем соответствующие этим значениям Ф токи 1_0р, отложим их справа и построим кривую тока /_0р. Кривая намагничивающего тока имеет пикообразный характер (рис. 90), что обусловливается насыщением стали трансформатора.

Потери мощности при холостом ходе трансформатора незначительны. Так как ток холостого хода трансформатора мал, то потерями в меди первичной обмотки пренебрегают и считают, что мощность холостого хода идет только на покрытие потерь в стали, т. е.

.

123

= Рст = -Вм = Фм = Е\. (81)

Таким образом, потери в стали пропорциональны квадрату э. д. с. Е}², или, если пренебречь падением напряжения, то квадрату приложенного напряжения П₁².

Удельные потери в стали равны примерно 1,2—3,9 втЫг стали, а в последних марках холоднокатаной легированной стали они снижены до 0,8 вт!кг стали.

Применение холоднокатаной легированной стали значительно уменьшает вес и размеры трансформаторов, так как эта сталь, при прочих равных условиях, имеет меньшие удельные потери и позволяет увеличить магнитную индукцию на 15—20%.

В современных трансформаторах потери в стали составляют от 0,2 до 1,8% S_K трансформатора. Большие числа относятся к трансформаторам небольших мощностей.

Для опыта холостого хода необходимо включить в схему амперметр, ваттметр и вольтметр (рис. 91, а). К зажимам вторичной обмотки также может быть подключен вольтметр для определения коэффициента трансформации. К первичной обмотке от генератора переменного тока подводится номинальное напряжение £/_1Н. Подводимое напряжение можно изменять в случае необходимости снятия характеристик холостого хода.

Характеристиками холостого хода трансформатора называют зависимость тока холостого хода 1_Х, мощности холостого хода Р_х и коэффициента мощности cos ц>_х от напряжения при постоянной частоте в сети (рис. 91, б).

При снятии характеристик холостого хода напряжение изменяют примерно от 30 до 110% U_a.

Как видно из кривых, зависимость тока холостого хода 1_Х = / (U) при малых значениях U_± почти прямолинейна, а затем ток быстро возрастает вследствие насыщения стали трансформатора. Зависимость мощности холостого хода Р_х = f (£%) имеет параболический характер,

124

6

Рис. 91. Опыт холостого хода трансформатора: а — схема, б — характеристики холостого хода.

матор на повышенное напряжение, так как это приводит к повышению потерь в стали и уменьшению коэффициента мощности.

125