6.2.2. Навантажений режим трансформатора.

Етап 4. Робота трансформатора.

До первинної обмотки трансформатора (рис. 6.8) підключена напруга U₁ і по цій обмотці протікає струм І₁, а до вторинної – навантаження, яке має активно-реактивний характер, і по вторинній обмотці протікає струм І₂. Струм І₁ утворює магнітний потік, більша частина якого Ф₀ буде замикатись через сердечник, а менша частина Ф_1 буде замикатись через повітря.

Рис. 6.8.

Ф₀ – головний магнітний потік;

Ф_1 – потік розсіювання первинної обмотки.

Головний магнітний потік пронизує витки первинної та вторинної обмотки і наводить в них ЕРС. ЕРС первинної обмотки врівноважується напругою живлення, а ЕРС вторинної обмотки живить навантаження, утворюючи струм у вторинному колі, тобто потужність.

Струм, що протікає через вторинну обмотку в свою чергу утворить магнітний потік, частина якого Ф_2 буде замикатись через повітря, а інша частина буде проходити через магнітопровід – сердечник – зустрічно потоку Ф₀, зменшуючи його і, зменшуючи відповідно утворену ним ЕРС первинної обмотки (е₁ = –w₁ dФ₀ / dt).

Отже це порушує баланс між напругою U₁ і індукованою в первинній обмотці ЕРС Е₁. В результаті здійснюється зміна струму в первинній обмотці (струм збільшиться) при якому відновиться попередня величина магнітного потоку Ф₀.

Інакше кажучи, через самовідновлення магнітного потоку Ф₀ здійснюється зміна струму в первинній обмотці в залежності від зміни струму у вторинній обмотці, тобто при зміні навантаження головний магнітний потік залишається незмінним для даного трансформатора.

6.2.3. Рівняння намагнічуючих сил трансформатора.

Якщо до вторинної обмотки трансформатора підключити навантаження з опором Z = r_н + jx_н, то під дією ЕРС E₂ у вторинному колі виникає струм I₂. Одночасно підвищується струм у первинній обмотці у відповідності з законом збереження енергії.

Знайдемо залежність між струмами первинної та вторинної обмоток навантаженого трансформатора.

Враховуючи, що головний магнітний потік Ф₀ при роботі трансформатора з навантаженням утворюється сумісною дією намагнічуючих сил первинної і вторинної обмоток, а при х.х. – тільки намагнічуючою силою первинної обмотки, можна записати:

(струми І₁ і І₂ взаємно зсунуті на 180).

Враховуючи, що в достатньо навантаженому трансформаторі І₁ >> I₂, з записаного виразу можна встановити, що намагнічуюча сила вторинної обмотки ( ) діє розмагнічуючи по відношенню до намагнічуючої сили первинної обмотки.

Вираз має назву рівняння намагнічуючих сил трансформатора. Він і визначає залежність між струмами І₁ і І₂.

Струм І₂ у вторинній обмотці не тільки утворює розмагнічуючу дію на головний магнітний потік, обумовлюючи цим збільшення струму І₁ в первинній обмотці, а і утворює також свій потік розсіювання Ф_2, що замикається через повітря.

Дія ЕРС, що утворена потоком розсіювання Е_2 = 4,44fw₂Ф_2 m, прийнято також враховувати як падіння напруги в індуктивному опорі x₂ вторинної обмотки .

6.2.4. Схеми заміщення.

На рис. 6.5 показана еквівалентна схема заміщення трансформатора на холостому ходу. Доповнимо цю схему параметрами вторинного кола і навантаження, в результаті чого вона матиме вид, представлений на рис. 6.9.

Рис. 6.9.

Трансформатор, як видно з рис. 6.9, є системою із двох магнітозв’язаних електричних кіл – первинного і вторинного.

Безпосереднє з’єднання цих кіл в загальне електричне коло без врахування магнітного зв’язку буде невірним, тому що в цьому випадку енергія, що підводиться до трансформатора не дорівнює енергії, що віддається навантаженню. Іншими словами заважає магнітний зв’язок через потік Ф₀.

Щоб позбутися магнітного зв’язку з’єднаємо перемичкою точки (1) і (2) схеми на рис. 6.9. В схемі при цьому не відбудеться ніякого перерозподілу між струмами і напругами. Іншими словами з’єднання точок (1) і (2) правомірне.

Далі спробуємо з’єднати точки (3) і (4). З’єднання цих точок можливе лише у випадку, коли Е₁ = Е₂, тобто при n = Е₁ / Е₂ = 1, що не відповідає призначенню трансформатора.

Щоб залишити з’єднання точок (3) і (4) правомірним, введемо поняття приведеної ЕРС Е₂', яка дорівнює Е₁, і у відповідності з цим перерахуємо всі параметри вторинного кола. Перераховані параметри називають приведеними.

Позначимо електричні величини приведеного вторинного кола трансформатора Е₂', I₂', U₂', r₂', х₂', z_н' і знайдемо їх співвідношення з величинами справжнього вторинного кола трансформатора Е₂, I₂, U₂, r₂, x₂, z_н. Скористуємось виразами, що витікають з енергетичних співвідношень еквівалентного розрахункового кола:

Е₂ I₂ = Е₂' I₂; U₂ I₂ = U₂ I₂; I₂² r₂ = I₂² r₂; I₂² x₂ = I₂² x₂; I₂²z_н = I₂²z_н

Враховуючи, що Е₁ / Е₂ = n (а відповідно і через еквівалентну ЕРС Е₁ / Е₂ = n), отримаємо:

Е₂ = Е₂ n;

і аналогічно z₂: .

Рис. 6.10.

На рис. 6.10 показана повна Т-подібна еквівалентна схема заміщення трансформатора з приведеними параметрами.

Із цієї схеми випливають основні рівняння навантаженого трансформатора:

За цими рівняннями будується векторна діаграма навантаженого трансформатора.