6.6.2 Робота трансформатора

Трансформатор може працювати в режимах холостого ходу, активного та реактивного (ємнісного чи індуктивного) навантаження.

Режим холостого ходу трансформатора – це такий режим, при якому первинна обмотка підімкнена до джерела змінного струму, а вторинна – відключена від навантаження.

У первинній обмотці протікає змінний струм , названий струмом холостого ходу. Його величина складає 5…8 % від струму навантаження. Тому ак­тив­ні втрати в проводі обмотки (міді) малі і потужність, споживана в режимі холостого ходу, затрачується в основному на покриття втрат у осерді (сталі).

Через обмежену магнітну проникність феромагнітного матеріалу осердя не увесь магнітний потік, створений струмом, зосереджується в магнітопроводі. Частина його, який називають потоком розсіювання, проходить через осердя і товщу котушки і замикається у повітрі [3, 4].

Діючі значення ЕРС первинної і вторинної обмоток трансформатора визначаються законом електромагнітної індукції (6.24) і рівні:

, (6.28)

. (6.29)

де– кількість витків обмоток.

Розділивши (6.28) на (6.29), отримаємо:

(6.30)

де –коефіцієнт, що отримав назву коефіцієнта трансформації.

Активний опір обмоток є малим і падіння напруги на них при холостому ході мале, тому модулі векторів напруг і протидіючих ЕРС, зміщених на кут, близький до 180°, практично рівні і коефіцієнт трансформації визначать ще як відношення вхідної напруги до вихідної:

. (6.31)

Для мережі трансформатор, який працює на холостому ході, є індуктивним навантаженням [3, 4].

Розглянемо коротко роботу навантаженого трансформатора.

Якщо до первинної обмотки трансформатора прикласти напругу , а вторинну з'єднати з навантаженням, то в обмотках потечуть струмиі. Вони викликають у магнітопроводі магнітні потокита. У зв'язку з тим, що при­чи­ною появи потокує потік, то обидва потоки на основі закону Ленца спрямовані назустріч один одному.

При збільшенні струму навантаження потікзбільшується, а сумарний магнітний потік у магнітопроводі-зменшується. Внаслідок цього індуковані сумарним потоком ЕРСізменшуються. Зменшеннявикликає збільшення струму первинної обмотки, тому що величина останнього пропорційна різниці-. Зі збільшенням струму, збільшується потік, створений первинною обмоткою, і сумарний магнітний потік-повертається до свого початкового значення [3, 4].

Таким чином, зміна сумарного магнітного потоку, викликана збільшенням струму , компенсується і сумарний потік залишається рівним потокові при холостому ході трансформатора . Можна сказати інакше – зі збільшенням струмупотужність, споживана навантаженням, збільшується, але напруга мережі постійна, тому зростання потужності можливе тільки за рахунок збільшення струму.

Величину струму можна знайти, якщо знехтувати втратами потужності в обмотках і магнітопроводі, тобто прийняти=. Звідкіля:

. (6.32)

Таким чином, струм первинної обмотки (6.32) в коефіцієнт трансформації разів відрізняється від струму вторинної обмотки.

Напруга на виході вторинної обмотки пов'язана зі струмом навантаження зовнішньою характеристикою або характеристикою навантаження трансформатора, аналогічною (1.15):

, (6.33) де- активний та реактивний опори вторинної обмотки.

Зростання струму навантаження призводить до збільшення внутрішнього падіння напруги на вторинній обмотці, а напруга на навантаженні зменшується. Якщо трансформатор має декілька вторинних обмоток, то зміна навантаження однієї з них викликає зміну напруги як на виході цієї обмотки, так і на виходах інших обмоток.