10.2 . Уравнения электрического равновесия трансформатора. Приведенный трансформатор

Если учесть потоки рассеяния реального трансформатора и считать, что обмотки обладают активным сопротивлением, то получим следующие уравнения равновесия трансформатора в комплексной форме, составленные по II закону Кирхгофа:

для первичной обмотки

;

для вторичной обмотки

,

где и – комплексные сопротивления, учитывающие активные сопротивления обмоток и индуктивности рассеяния.

Принцип саморегулирования трансформатора заключается в следующем: при увеличении тока нагрузки (например для активно-индуктивной наrpyзки) МДС вторичной обмотки i₂w₂ также увеличится. Эта МДС стремится ослабить поток Ф. Уменьшение потока Ф приводит к уменьшению ЭДС e₁, т. е. нарушению электрического равновесия e₁ = –u₁, следовательно, к росту тока i₁ в первичной обмотке.

Равенство восстанавливается, когда рост МДС i₁w₁ скомпенсирует рост МДС i₂w₂; это может наступить при увеличении тока i₁ и соответственно росте потока Ф, причем при любом изменении сопротивления нагрузки, разность потоков, создаваемых первичной и вторичной обмотками, должна оставаться постоянной и равной потоку холостого хода.

Таким образом, изменение нагрузки трансформатора, т. е. тока i₂ приводит к соответствующему изменению тока i₁, так что выполняется закон сохранения энергии и обеспечивается баланс мгновенных мощностей p₁  p₂ или u₁ i₁  u₂ i₂.

При исследовании трансформатора для упрощения расчетов и построения его векторных диаграмм пользуются так называемым приведенным трансформатором, в котором число витков вторичной обмотки принимается равным числу витков первичной обмотки, тогда условно можно считать, что коэффициент трансформации равен единице (К = 1).

Все параметры приведенного трансформатора пишутся со штрихом, например: и т. д. Соотношения между параметрами вторичной обмотки реального и приведенного трансформатора следующие:

,

где К – коэффициент трансформации реального трансформатора.

Кроме того, поскольку для приведенного трансформатора К=1, то справедливо соотношение , что очень важно при построении векторной диаграммы нагруженного трансформатора.

10.3. Режимы работы трансформатора

В эксплуатационных условиях различают несколько режимов работы трансформатора, имеющего номинальную полную мощность S_ном = S_1ном = U_1ном I_1ном

– номинальный режим, т. е. режим при номинальных значениях напряжения и тока первичной обмотки трансформатора;

– рабочий режим, при котором напряжение первичной обмотки близко к номинальному значению или равно ему, а ток меньше своего номинального значения или равен ему и определяется нагрузкой трансформатора, т. е. током I₂;

– режим холостого хода, т. е. режим ненагруженного трансформатора, при котором цепь вторичной обмотки трансформатора разомкнута (I₂ = 0) или подключена к приемнику с очень большим сопротивлением нагрузки (например, к вольтметру);

– режим короткого замыкания (аварийный), при котором вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко (U₂ = 0), ток в ней очень большой, что может привести к сильному перегреву сердечника и перегоранию самой обмотки.

Опыты холостого хода и короткого замыкания являются обязательными контрольными опытами при заводском испытании готового трансформатора.