8-8. Эквивалентные схемы трансформатора со стальным магнитопроводом

Стальной магнитопровод у трансформатора уменьшает магнитное сопротивление и увеличивает коэффициент магнитной связи — между обмотками, Это приближает свойства трансформатора к свойствам

идеального трансформатора, но в магнитопроводе трансформатора наблюдаются потери энергии, обусловленные вихревыми токами и гистерезисом Вследствие нелинейной зависимости между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля ток в трансформаторе при синусоидальном приложенном напряжении может быть и несинусоидальным Все эти явления подробно рассматриваются в гл. 23. Сейчас важно отметить, что заметное отклонение формы кривых тока в трансформаторе от синусоидальнои наблюдается только в режимах, близких к холостому ходу В нагрузочных режимах эти отклонения настолько незначительны, что ими можно пренебречь и считать трансформатор со стальным магнитопроводом линейным элементом цепи

Эквивалентную схему трансформатора можно получить, подробно анализируя все происходящие в нем явления Именно такой способ ее получения приводится в курсах электрических машин и трансформаторов или в специальных монографиях, посвященных трансформаторам Здесь рассмотрим трансформатор как четырехполюсник и применим для него эквивалентные схемы, рассмотренные в предыдущем параграфе

Опыты показывают, что при холостом ходе трансформатора со стальным магнитопроводом отношение комплексных первичного и вторичного напряжений практически одинаково независимо от того, осуществляется ли питание трансформатора со стороны первичных или со стороны вторичных зажимов Опыты показывают также, что отношение этих комплексных напряжений практически можно считать вещественным числом, равным отношению их действующих значений и равным отношению чисел витков обмоток трансформатора.

где — соответственно напряжения на первичных и вторичных зажимах в режимах холостого хода при прямом и обратном питании

Отношение действующих значений первичного и вторичного напряжений трансформатора при холостом ходе называется его коэффициентом трансформации

Таким образом, рассматривая трансформатор как четырехполюсник, можно считать

следовательно, в обеих эквивалентных схемах (рис 8-18) коэффициенты трансформации идеальных трансформаторов практически одинаковы и равны коэффициенту трансформации реального трансформатора

При холостом ходе ток в трансформаторе существенно отличается от синусоидального сопротивления определяются

как комплексные сопротивления для эквивалентных синусоидальных токов, которые эквивалентны несинусоидальным токам в том смысле, что имеют одинаковые с токами действующие значения и тем, что при этих токах те же активные мощности

Экспериментальное определение сопротивлений может быть проведено так, как описано в § 3-18, в предположении что измеряемое амперметром действующее значение несинусоидального тока является действующим значением эквивалентного синусоидального тока.

Из соотношений (8-14), (8-15) и (8-12), (8-17) имеем:

Из соотношения (8-47)

Следовательно,

Для трансформаторов сопротивления принято обозначать соответственно Эти сопротивления называют сопротивлениями холостого хода и короткого замыкания трансформатора, приведенными к первичной обмотке () и приведенными к вторичной обмотке ( ).

Обычно у трансформаторов полные сопротивления холостого хода намного больше полных сопротивлений короткого замыкания Поэтому во многих случаях можно применять упрощенные схемы без ветвей, содержащих сопротивления и Z в ориентировочных расчетах пренебрегают иногда и сопротивлениями Z и т. е. рассматривают реальные трансформаторы как трансформаторы идеальные

Трансформаторы помимо преобразования значений переменных токов и напряжений применяются для согласования полных сопротивлений источников питания и приемников (для обеспечения условия передачи максимальной мощности, см § 3-19) Расчет входных сопротивлений обычно выполняется по формулам (8-43) и (8-44), справедливым для идеального трансформатора Более точный расчет может быть сделан с учетом всех параметров эквивалентной схемы трансформатора.