1.5. Номинальные величины трансформатора

Режим работы трансформатора, обеспечивающий наилучшие эксплуатационные характеристики, наибольшую экономичность и долговечность, на которые он рассчитан заводом изготовителем называется номинальным. Электрические величины, соответствующие этому режиму называют номинальными, они указываются в каталогах и на щитке, прикрепленной к трансформатору.

Номинальной мощностью трансформатора является полная мощность, которая для однофазного трансформатора равна

, (1.2)

а для трехфазного определяется формулой 1.3

(1.3)

Поскольку КПД трансформатора большой, то принимают, что мощности обеих обмоток равны S₂=S₁=S_ном.

Под номинальным напряжением понимают линейное напряжение каждой из обмоток. При U=U_1л.ном напряжение на вторичной обмотке при номинальной мощности будет зависеть от характера нагрузки. Поэтому, чтобы избежать неопределенности, за номинальное вторичное напряжение принимается напряжение при холостом ходе, когда ток в этой обмотке равен нулю.

Номинальными токами трансформатора называются линейные токи – первичный I_1л.ном и вторичный I_2л.ном, указанные на щитке или вычисленные по номинальным значениям мощности и напряжения. Кроме перечисленных параметров на щитке указываются частота питающего напряжения, режим работы (продолжительный, кратковременный), полная масса, а для трехфазных трансформаторов схема и группа соединения обмоток.

1.6. Электромагнитные процессы в трансформаторе

1.6.1. Принцип действия трансформатора

Под действием подведенного переменного напряжения U₁ в первичной обмотке возникает ток I₁ и в сердечнике возбуждается переменный магнитный поток. Этот поток индуктирует ЭДС Е₁ и Е₂ в обмотках трансформатора. Эдс Е₁ уравновешивает основную часть напряжения U₁. ЭДС Е₂ создает напряжение U₂ на выходных зажимах вторичной обмотки трансформатора.

Величина ЭДС в одном витке определяется уравнением Максвелла

. (1.4)

Магнитный поток, созданный в сердечнике трансформатора, изменяется по синусоидальному закону, т. е. по закону изменения первичного напряжения

Ф = Ф_msint, (1.5)

где Ф_m – амплитуда потока;  = 2f – угловая частота; t - время.

Учитывая, что обмотки содержат не один, а множество витков w₁ и w₂ получим уравнения для мгновенных значений ЭДС в первичной и вторичной обмотках.

. (1.6)

Выражения, стоящие перед синусами, определяют амплитуды ЭДС в первичной и вторичной обмотках

E_1m = 2fw₁Ф_m, E_2m = 2fw₂Ф_m. (1.7)

Подставляя (1.7) в (1.6) окончательно получим уравнения

e₁ = E_m1sin(t-\2), e₂ = E_m2sin(t-\2), (1.8)

из которых следует, что ЭДС, наводимые в обмотках трансформатора, отстают по фазе от потока на угол /2.

Уравнения для действующих значений ЭДС можно получить из уравнений (1.7)

E₁ = Е_1m\2 = 4,44fw₁Ф_m, E₂ = Е_2m\2 = 4,44fw₂Ф_m. (1.9)

Из уравнений (1.9) следует, что значения ЭДС, наводимых в обмотках трансформатора пропорциональны количеству витков обмоток. Отношение ЭДС первичной обмотки к ЭДС вторичной обмотки называется коэффициентом трансформации

E₁\E₂ = w₁\w₂ = k_U . (1.10)

Если k_U1 – трансформатор понижающий, а если k_U1 – трансформатор повышающий.

На основании второго закона Кирхгофа для цепей первичной и вторичной обмоток можно записать уравнения электрического состояния в комплексной форме

(1.11)

Принцип работы и электромагнитные процессы в трехфазном и однофазном трансформаторах аналогичны.