Саморегулирование трансформатора

Если ко вторичной обмотке трансформатора подключены потребители, через которые замыкается цепь этой обмотки, то по ней проходит ток i_{2 ,} направленный (по закону Ленца) противоположно току в первичной обмотке i₁ .

Эти токи создают в сердечнике трансформатора два противоположно направленных магнитных потока Ф₁ и Ф₂, которые вместе образуют общий магнитный поток:

Ф = Ф₁ - Ф₂

Этот общий поток и индуктирует Э.Д.С. в обмотках трансформатора. Поскольку Е₁ = U₁, а напряжение U₁, которое подводится от источника, обычно не изменяется, то и Е₁ почти всегда неизменна. Э.Д.С. Е₁ индуктируется магнитным потоком Ф, который также вследствие этого должен быть постоянной величиной.

Таким образом, величина общего потока в сердечнике трансформатора всегда постоянна.

При холостом ходе трансформатора, когда i₂ = 0, магнитный поток Ф₂ также равен нулю. Общий поток Ф трансформатора ра­вен потоку Ф₁.

Если же цепь вторичной обмотки замкнуть на потребитель, то возникший ток i₂ вторичной обмотки создаст, поток Ф₂, проти­воположный потоку Ф₁. Поток Ф₂ будет размагничивать сердечник трансформатора.

Так как общий поток Ф = Ф₁ - Ф₂ не изменяется, то размаг­ничивающее действие потока Ф₁ должно быть уравновешено увели­ченным намагничивающим потоком Ф₁. Таким образом, всякое увеличение тока i₂ и его потока Ф₂ способствует увеличению пото­ка Ф₁, до такой величины, чтобы разность этих потоков Ф₁ - Ф₂ была равна общему неизменному потоку трансформатора Ф.

Поскольку увеличение потока Ф₁ возможно только вследствие увеличения тока i₁, который создает этот поток, то всякое увели­чение или уменьшение нагрузки (тока i₂) во вторичной обмотке трансформатора вызывает соответствующее увеличение или умень­шение тока i₁, в первичной обмотке трансформатора.

Иногда это явление называют «саморегулированием» трансфор­матора. Оно основано на законе сохранения и преобразования энергии.

Формула трансформаторной э.Д.С.

Ток в первичной обмотке трансформатора возникает под действием первичного синусоидального напряжения. Переменное магнитное поле этого тока возбуждает в сердечнике переменный магнитный поток:

Ф = Ф_msin t

Этот магнитный поток, сцепленный с обеими обмотками трансформатора, индуктирует в них Э.Д.С., мгновенные значения которых определяются формулами:

e_i1 = - N₁ dФ/dt = -  N₁ Ф_mcos t =  N₁ Ф_msin (t – π/2) = e_m1sin (t – π/2);

e_i2 = - N₂ dФ/dt = -  N₂ Ф_mcos t =  N₂ Ф_msin (t – π/2) = e_m2sin (t – π/2) .

В этих формулах введены обозначения: e_m1 =  N₁ Ф_m, e_m2 =  N₂ Ф_m.

Действующие значения этих Э.Д.С. определяются соотношениями:

E_i1 = 4,44fN₁Ф_m

E_i2 = 4,44fN₂Ф_m.

Амплитудное значение магнитного потока можно определить: Ф_m = B_ms, где s - площадь поперечного сечения магнитопровода трансформатора, а B_m - амплитудное значение магнитной индукции в магнитопроводе трансформатора.

В общем виде формула трансформаторной Э.Д.С. записывается в виде:

E = 4,44fNФ_m.

Режимы работы трансформаторов

Различают несколько режимов работы трансформаторов.

1.Номинальный режим, режим при номинальных значениях тока и напряжения первичной обмотки трансформатора.

2.Рабочий режим, при котором напряжение первичной обмотки близко к номинальному значению или равно ему, а ток определяется нагрузкой трансформатора.

3.Режим холостого хода - это режим ненагруженного трансформатора при котором цепь вторичной обмотки разомкнута или подключена к приемнику с очень большим сопротивлением, например, к вольтметру.

4.Режим короткого замыкания трансформатора, режим при котором его вторичная обмотка закорочена или подключена к приемнику с очень маленьким сопротивлением нагрузки, например к амперметру. Короткое замыкание трансформатора в условиях эксплуатации создает аварийный режим, так как токи в первичной и вторичной обмотках возрастают в несколько десятков раз по сравнению с номинальным. Поэтому в цепях с трансформаторами предусматривается защита, которая при коротком замыкании автоматически отключает трансформатор.

Режимы короткого замыкания и холостого хода возникают при аварийных ситуациях или специально создаются при испытании трансформаторов.

Основным режимом работы трансформаторов является рабочий режим.