Лекция №10.

Номинальные параметры транс­форматора.

1. Номинальное первичное ли­нейное напряжение - напряжение на зажимах первичной обмотки, на ко­торое она рассчитана,.

2. Номинальное вторичное на­пряжение - напряже­ние на зажимах вторичной обмотки при от­ключённой нагрузке (ре­жим холостого хода) и при номинальном напряжении на первичной обмотке,.

3. Номинальный линейный ток в первичной обмотке ,.

4. Номинальный линейный ток во вторичной обмотке ,.

5. Номинальная полная мощ­ность ,.

Каждый трансформатор рассчитан для работы на определённой частоте. В России частота составляет 50 герц.

Режимы работы трансформатора.

1. Номинальный режим – ре­жим работы трансформа­тора при номинальных значениях напряжения и тока в первичной обмотке, то есть ,.

2. Рабочий режим – режим ра­боты трансформатора, при котором напряжение в первичной обмотке равно номинальному, то есть , а ток, текущий по первичной нагрузке, опре­деляется нагрузкой транс­форматора.

3. Режим холостого хода – ре­жим работы трансфор­матора, при котором цепь вторичной обмотки ра­зомкнута, то есть .

4. Режим короткого замыка­ния – режим работы трансформатора, при кото­ром вторичная обмотка замкнута накоротко, то есть .

Режимы холостого хода и корот­кого замыкания бывают при авариях или могут быть созданы специально при испытаниях трансформатора.

Коэффициент трансформации приблизительно можно определять по формуле: .

Уравнения напряжений и токов трансформатора.

Токи ипомимо основного магнитного потока создают поток рассеивания. Каждый поток рассеи­вания связан только с витками собст­венной обмотки, и индуцирует в ней ЭДС рассеивания. Потоки рассеива­ния не участвуют в передаче энергии.

ЭДС рассеивания в первой в пер­вой обмотке можно найти по фор­муле: , ЭДС рассеива­ния во второй обмотке опре­деляется аналогично:, где- индуктив­ность рассеивания. Тогда:;, где- индуктивные сопротивления рас­сеивания.

Таким образом, в каждой обмотке трансформатора индуцируется по две ЭДС: от основного потока и от по­тока рассеивания.

Со стороны первичной обмотки трансформатор является потребите­лем энергии, поэтому ток в первич­ной обмотке создаётся совместным действием входного напряжения и двух ЭДС:, где- активное сопротивление первичной обмотки. Тогда:;;- уравнение напряжения для первичной обмотки.

Со стороны вторичной обмотки трансформатор является источником энергии, поэтому ток во вторичной обмотке, замкнутой на сопротивление , обусловлен действием двух ЭДС:, где- активное со­противление вторичной нагрузки. То­гда:;- уравнение напряжений для вторичной обмотки.

Уравнения магнитодвижущих сил и токов.

Предположим, что трансформатор работает в режиме холостого хода, то есть к зажимам первичной обмотки подведено напряжение, а вторичная обмотка разомкнута. При этом по первичной обмотке протекает ток, называемый током холостого хода, который обычно составляет от двух до десяти процентов от номинального тока. Этим током создаётся магнитодвижущаяся сила, которая равна произведению тока и числа витков в первичной обмотке. Положительное направление МДС совпадает с движением острия правого винта, если его вращать по направлению тока в обмотке. МДС наводит в магпитопроводе основной магнитный поток, где- магнитное сопротивление магнитопровода.

Если вторичную обмотку замкнуть на нагрузку, то по ней потечёт ток. При этом ток в первичной обмотке увеличивается до значенияв соответствии с законом сохранения энергии. Трансформатор отдаёт энергию нагрузке, поэтому требуется соответствующий приток энергии от сети. Теперь магнитный потоксоздаётся совместным действием МДС обеих обмоток.

Опыт и расчёт показывают, что если первичное напряжение постоянно, то есть , то при изменении нагрузки от нуля (режим холостого хода) до номинальной (номинальный режим) максимальный магнитный поток остаётся практически постоянным, то есть.

Уравнение МДС: .Тогда:;;, где- ток нагрузки, приведённый к числу витков первичной обмотки.

Уравнение токов трансформатора: .

;;.

Так как ток то можно приблизительно считать, что, то есть коэффициент трансформации приближённо можно найти по формуле:.

Из-за наличия потерь ток холостого хода опережает по фазе магнитный поток в стальном сердечникена угол, который называется углом магнитных потерь.

.

Активная составляющая тока холостого хода идёт на преодоление потерь в стали, а реактивная составляющая тока холостого ходаидёт на создание магнитного потока в сердечнике. Поэтому ток холостого ходав основном является намагничивающим током.

Приведение параметров вторичной обмотки и

схема замещения приведённого трансформатора.

Для электрического расчёта трансформатора необходима электрическая схема замещения. Трансформатор представляет собой систему двух магнитно-связанных между собой цепей, поэтому требуется предварительное привидение первичной и вторичной цепи к одному уровню напряжений. Обычно, действительная цепь вторичной обмотки с заменяется расчётной электрически эквивалентной цепью. При этом электромагнитная мощность вторичной обмотки реального трансформатора должна быть равна электромагнитной мощности вторичной обмотки приведённого трансформатора, то есть, где. Так как, то.

Из условия равенства потерь в активном сопротивлении вторичной обмотки можно получить следующее равенство: , следовательно,.

Из условия равенства реактивных мощностей можно получить аналогичные выражения: , следовательно,и.

Таким образом, вместо реального трансформатора мы получаем энергетически эквивалентный трансформатор с коэффициентом трансформации равным единице, который называется приведённым.

;

;

.

Приведённым уравнения соответствует Т-образная электрическая схема замещения.

В этой схеме магнитная связь между первичной и вторичной обмоткой заменена электрической, а именно ветвью намагничивания с параметрами и, которые определяются током холостого хода.

Все параметры, кроме , являются постоянными для данного трансформатора, и могут быть определены с помощью опытов холостого хода и короткого замыкания.

Построим векторную диаграмму следующих уравнений:;;. Такая диаграмма называется диаграммой привидения трансформатора для активно-реактивной нагрузки.

Для построения вектора необходимо знать характер нагрузки (в нашем случае нагрузка носит активно-реактивный характер).

;

.