6. Режимы работы трансформатора

Трансформатор может работать в трех режимах: режиме холостого хода, под нагрузкой и режиме короткого замыкания /6/.

6.1. Режим холостого хода.

Это такой режим, при котором вторичная обмотка отключена от нагрузки. Если первичную обмотку соединить с источником переменного напряжения U1, то по этой обмотке будет проходить переменный ток I0, называемый током холостого хода. Этот ток создает основной магнитный поток Ф0, который, замыкаясь по магнитопроводу, пронизывает одновременно первичную и вторичную обмотки и индуктирует в них эдс (рис. 6, приложение) /6/.

Если пренебречь потерями энергии в первичной обмотке и в магнитопроводе, а также считать, что весь магнитный поток замыкается только по магнитопроводу, то эдс Е1, индуктированная потоком Ф0 в первичной обмотке, будет противоположна по знаку приложенному к первичной обмотке напряжению U1.

Рис.6. Режим холостого хода.

Однако на практике нельзя пренебрегать магнитными потерями. В реальном трансформаторе ток холостого хода, кроме намагничивающей составляющей, создающей в сердечнике магнитный поток Ф0, содержит также активную составляющую этого тока, обусловленную потерями энергии в сердечнике. При прохождении тока по первичной обмотке создается не только основной магнитный поток Ф0, замыкающийся по магнитопроводу, но и магнитный поток рассеяния Фр1, замыкающийся в основном по воздуху.

Итак, в режиме холостого хода трансформатора полезная мощность, отдаваемая им, равна нулю, поэтому потребляемая из сети активная мощность в основном обусловлена наличием магнитных потерь.

6.2. Режим работы под нагрузкой

Если к первичной обмотке трансформатора подвести напряжение U1, а вторичную обмотку соединить с нагрузкой, то в первичной и вторичной обмотках потекут токи I1 и I2, а в магнитопроводе - магнитные потоки Ф1 и Ф2. Так как причиной появления потока Ф2 является ток I2, то потоки Ф1 и Ф2 направлены встречно (рис. 7, приложение). При увеличении тока нагрузки I2 поток Ф2 увеличивается, а суммарный магнитный поток в магнитопроводе Ф1-Ф2 уменьшается. Вследствие этого индуктированные суммарным магнитным потоком эдс Е1 и Е2 уменьшаются. Уменьшение Е1 вызывает увеличение тока первичной обмотки I1 и потока Ф1, а также суммарного потока Ф1-Ф2. Аналогично уменьшение Е2 уменьшает величину тока I2 и потока Ф2 и поэтому приводит также к увеличению суммарного потока.

Таким образом, уменьшение суммарного магнитного потока, вызванное увеличением тока I2 на первом этапе, взаимно компенсируются увеличением суммарного магнитного потока из-за уменьшения Е1 и Е2 на втором этапе, в результате чего суммарный поток остается практически неизменным при увеличении нагрузки /6/.

Совершенно очевидно, что и при постепенном уменьшении тока до нуля суммарный поток остается неизменным.

Отсюда следует, что суммарный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора является постоянным по величине и равен потоку при холостом ходе трансформатора.

В нагруженном трансформаторе, кроме основного магнитного потока, замыкающегося вдоль магнитопровода, и потока рассеяния Фр1 имеется и поток рассеяния Фр2, создаваемый вторичной обмоткой. Потоки рассеяния Фр1 и Фр2 обуславливают падения реактивного напряжения в первичной и вторичной обмотках соответственно.

Рис.6. Режим работы под нагрузкой.