§ 3.4. РАБОЧИЙ РЕЖИМ ТРАНСФОРМАТОРА

Режим работы трансформатора, при котором во вторичную обмотку включена нагрузка, называют рабочим режимом или режимом нагрузки.

Рис. 3-8

В режиме холостого хода, как известно, основной магнитный поток в сердечнике создает в первичной обмотке ЭДС самоиндукции, уравновешивающую основную часть приложенного напряжения. Так будет до тех пор, пока вторичная обмотка разомкнута. Но если во вторичную обмотку включить какую-нибудь нагрузку, в ней появится ток возбуждающий в том же сердечнике свой магнитный поток (рис. 3-8), размагничивающе действующий на сердечник (в соответствии с законом Ленца). В результате общий магнитный поток в сердечнике должен уменьшиться. Это последнее приведет к уменьшению ЭДС в первичной обмотке. Теперь часть приложенного напряжения окажется неуравновешенной, что приведет к увеличению тока в первичной обмотке. Очевидно, что ток в первичной обмотке будет возрастать до тех пор, пока не прекратится размагничивающее действие тока нагрузки. После этого результирующий магнитный поток восстановится приблизительно до прежнего значения

Уменьшение нагрузки вторичной обмотки уменьшит ток и магнитный поток что приведет к нарушению равновесия между приложенным напряжением и ЭДС поэтому ток в первичной обмотке уменьшится до такого значения, при котором результирующий магнитный поток восстановится до прежнего значения.

Таким образом, магнитный поток в трансформаторе остается практически постоянным как в режиме холостого хода, так и в режиме переменной нагрузки (от нуля до максимальной). Это свойство трансформатора называют способностью саморегулирования, т. е. способностью автоматически регулировать значение первичного тока в зависимости от изменений тока нагрузки

Построим векторную диаграмму нагруженного трансформатора.

Построение начнем с основного магнитного потока в сердечнике (рис 3-9). Он остается практически неизменным в процессе работы и отстает от тока холостого хода на угол потерь на гистерезис (5—7°). ЭДС отстают по фазе от потока на Характером и значением нагрузки во вторичной обмотке определяется значение вторичного тока и угол

Для нахождения длины и положения вектора тока в первичной обмотке надо вектор тока холостого хода сложить с вектором некоторого добавочного тока в этой же обмотке, обусловленного нагрузкой трансформатора Направление этого вектора

Рис. 3-9

противоположно вектору (поток, возбуждаемый током действует размагничивающе на общий магнитный поток), а его длину можно найти следующим образом.

Пусть трансформатор не имеет потерь. Тогда его мощности равны между собой, откуда

или

где k — коэффициент трансформации. Добавочный ток , выраженный через вторичный ток, называют приведенным вторичным током.

После построения вектора сложением его с вектором тока холостого хода находим вектор общего тока в первичной обмотке на котором строим векторную диаграмму первичной обмотки в той же последовательности, что и для холостого хода, пользуясь соответственно изменившимся уравнением:

где падение напряжения на индуктивном сопротивлении первичной обмотки.

Вторичный ток создает некоторый небольшой поток рассеяния совпадающий с ним по фазе. Поток , в свою очередь, индуцирует ЭДС рассеяния отстающую от иего по фазе на Ток на индуктивном сопротивлении создает падение напряжения

Так как вторичная обмотка сама является источником тока, то уравнение электрического равновесия для этой обмотки будет

Переходя к действующим значениям и решая уравнение (3.11) относительно получим в векторной форме:

или

где — напряжение на зажимах вторичной обмотки; — падение напряжения на активном сопротивлении обмотки; — падение напряжения на индуктивном сопротивлении вторичной обмотки.

Уравнением (3.13) воспользуемся для построения векторной диаграммы вторичной обмотки. Для построения вектора из вектора вычтем вектор , а затем вектор совпадающий по направлению с вектором (как ток и напряжение на активном сопротивлении). Соединив затем начала векторов получим искомый вектор , а угол между вектором и найденным вектором представляет собой угол сдвига фаз между током и напряжением во вторичной обмотке.

Соединив начало вектора с концом вектора получим прямоугольный треугольник, называемый треугольником «внутреннего» падения напряжения вторичной обмотки.

Из векторной диаграммы следует также, что при холостом ходе мал (угол велик), но по мере увеличения тока нагрузки (растет соответственно к току добавка ) ток растет, а угол уменьшается. Отсюда следует весьма важный для практики вывод: для повышения коэффициента мощности следует полностью загружать трансформатор.