Работа трансформатора в режиме нагрузки

Если к вторичной обмотке трансформатора подключить какое-либо устройство, потребляющее электрическую энергию, по ней потечет ток, создавая свою намагничивающую силу. Направление этой магнитодвижущей силы (МДС) противоположно направлению МДС первичной обмотки.

При увеличении намагничивающей силы вторичной обмотки намагничивающая сила первичной обмотки увеличивается, поддерживая практически постоянной их разность, которая равна намагничивающей силе тока холостого хода трансформатора. При неизменной величине суммарной намагничивающей силы рабочий магнитный поток трансформатора остается практически неизменным.

С учетом того, что начальные фазы токов первичной и вторичной обмоток не совпадают, используя комплексную форму записи, получаем уравнение намагничивающих сил нагруженного трансформатора.

или ,.

где количество витков первичной и вторичной обмоток;

токи первичной и вторичной обмоток трансформатора;

ток первичной обмотки ненагруженного трансформатора.

Используя принцип независимости действия, можно сказать, что часть магнитного потока первичной обмотки, создаваемая намагничивающей силой, не сцепляется с вторичной обмоткой и замыкается не по сердечнику, а по воздуху. Вторая часть магнитного потока первичной обмотки замыкается по сердечнику и сцепляется с вторичной обмоткой. Таким образом,.

.

Намагничивающая сила вторичной обмотки создает свой магнитный поток, одна часть которого (по аналогии с потоком первичной обмотки) замыкается по воздуху, а вторая часть замыкается по сердечнику и сцепляется с первичной обмоткой. Магнитные потоки и называют потоками рассеяния. Оба потока наводят в своих обмотках ЭДС.

и .

Результирующий магнитный поток сердечника равен сумме магнитных потоков обмоток.

.

Таким образом, во вторичной обмотке наводится две ЭДС: первая ЭДС наводится основным магнитным потоком, а вторая ЭДС наводится магнитным потоком рассеяния. Ток вторичной обмотки определяется из уравнения.

.

где сопротивление провода вторичной обмотки (сопротивление меди), а полное сопротивление нагрузки.

Так как (выходное напряжение трансформатора), то.

.

Заменяя ЭДС падением напряжения на реактивном сопротивлении, получаем.

= .

В предыдущем и настоящем разделах получены следующие уравнения для трансформатора:

Эти уравнения называются уравнениями равновесия трансформатора.

Последнее уравнение иногда записывают в другой форме.

.

Выраженные уравнениями связи между токами и напряжениями трансформатора удобно представлять векторной диаграммой, изображенной на рис. 5.7.

Рис. 5.7.

Уравнение намагничивающих сил представлено векторной суммой. Вектор тока вторичной обмотки сдвинут по фазе относительно ЭДС на некоторый угол, определяемый характером нагрузки. Вектор падения напряжения на сопротивлении рассеяния опережает вектор на 90. Вектор падения напряжения совпадает по фазе с током .

Построение векторов и при наличии векторов и выполняется следующим образом.

По масштабу напряжения определяется длина векторов и. Затем из конца вектора ЭДС проводится прямая, перпендикулярная вектору тока. Из конца вектора на полученной прямой откладывается отрезок, равный длине вектора, с таким расчетом, чтобы он, заканчиваясь в одной точке с векто-ром, опережал бы вектор тока на 90. Из полученного начала вектора проводится прямая, параллельная вектору тока. Из начала вектора строится вектор таким образом, чтобы он совпадал по фазе с. Вектор, соединяющий начало вектора с началом вектора, будет являться вектором выходного напряжения. Построение векторов (), и ведется по аналогичной методике.