Главная | Обратная связь

Работа трансформатора под нагрузкой

 

Нагрузочным или рабочим называется режим работы трансформатора, при котором к первичной обмотке подведено напряжение U₁, а к вторичной подключены потребители Z_Н (рисунок 4.6), так что I₂ > 0.

Рисунок 4.6 – Нагрузочный режим однофазного трансформатора

Это основной режим, при котором вторичный ток изменяется в пределах 0 < I₂ ≤ I_2Н , а коэффициент мощности cosφ₂ определяется характером нагрузки и может изменяться от нуля до 1,0. Особенности взаимодействий в рабочем режиме трансформатора определяются тем, что ток I₂ создает МДС F₂ = I₂W₂ и соответствующий магнитный поток Ф₂, действующие встречно по отношению к МДС F₁ и потоку Ф₀, т.е. в соответствии с принципом Ленца реакция вторичной обмотки направлена на уменьшение основного магнитного потока взаимоиндукции Ф₀, созданного при холостом ходе. Однако, поскольку подводимое к первичной обмотке напряжение не изменяется, а оно, в основном, уравновешивается ЭДС Е₁₀, то поток Ф₀ не должен изменяться, что соответствует уравнению равновесия

(4.16)

Для поддержания неизменным магнитного потока при переходе от холостого хода трансформатора к нагрузке МДС I₀W₁ первичной обмотки увеличивается до такой величины I₁W₁, при которой компенсируется размагничивающее действие МДС вторичной обмотки I₂W₂. При этом закон Ома для магнитной цепи трансформатора в рабочем режиме записывается в виде

Левые части соотношений (4.17) и (4.2) одинаковы, поэтому справедливо равенство

 

которое называют уравнением равновесия МДС трансформатора.

Из последнего равенства получают уравнения равновесия токов, которые записывают в виде

, (4.19,a)

или

. (4.19,б)

При нагрузках, близких к номинальной, током холостого хода иногда пренебрегают и уравнение (4.19, б) упрощается

 

≈ (4.20)

откуда следует соотношение

 

.

 

Таким образом, соотношение токов при нагрузках, близких к номинальной, определяется соотношением числа витков, причем оно

обратно пропорционально коэффициенту трансформации. Поэтому для номинального режима можно записать приближенное равенство

 

U₁I₁ ≈ U₂I₂ , (4.22)

 

из которого следует, что полная мощность, потребляемая трансформатором из сети, примерно равна полной мощности, отдаваемой потребителю.

Схема замещения первичной обмотки при переходе от режима холостого хода к нагрузке не изменяется, однако первичный ток увеличивается до значения I₁ (рисунок 4.7,а), что должно найти отражение в уравнении равновесия ЭДС первичной обмотки при нагрузке

 

. (4.23)

 

Рисунок 2.6

Ток вторичной обмотки подобно току первичной обмотки создает магнитный поток рассеяния Ф_рс2, действие которого учитывается или величиной ЭДС самоиндукции Е_рс2, или уравновешивающим ее па­дениемнапряжения I₂x₂, на индуктивном сопротивлении рассеяния

 

x₂ = ωL₂ , (4.24)

где L₂ - индуктивность рассеяния вторичной обмотки.

Рисунок 4.7 - Схемы замещения первичной (а) и вторичной (б) обмоток трансформатора при нагрузке

Электрическая схема замещения вторичной обмотки показана на рисунке 4.7,б, на которой r₂ - её активное сопротивление, а - полное сопротивление нагрузки.

Рисунок 2.7

Уравнение электрического равновесия вторичной обмотки при нагрузке имеет вид

 

. ( 4.25 )

 

Это уравнение источника электрической энергии, что и представляет собой трансформатор по отношению к нагрузке. Как видно, при работе под нагрузкой напряжение на нагрузке отличается от ЭДС Е₂ на величину падения напряжения на внутренних сопротивлениях вторичной обмотки. Следует отметить, что соотношение между ЭДС Е₂ и напряжением U₂ зависит также от характера нагрузки, о чем будет сказано ниже.

Векторные диаграммы первичной и вторичной обмоток являются графическим решением уравнений (4.19), (4.23) и (4.25).

Для вторичной обмотки (рисунок 4.8, б) сдвиг по фазе между током I₂ и напряжением U₂ , (угол φ₂) определяется соотношением параметров нагрузки

, (4.26)

а угол ψ₂ - соотношением реактивных и активных сопротивлений вторичной обмотки и нагрузки, т.е.

. (4.27)

На рисунке 4.8 векторные диаграммы изображены для случая активно-индуктивной нагрузки.

Рисунок 4.8 - Векторные диаграммы первичной (а) и вторичной (б) обмоток трансформатора

На векторной диаграмме первичной обмотки (рисунок 4.8, а) вектор тока получают, пристраивая к вектору тока холостого хода вектор тока , измененный в отношении и повернутый на 180°, т.е. вектор , что соответствует уравнению (4.19).

Построение вектора первичного напряжения U₁ аналогично построе­нию для режима холостого хода, однако векторы падений на-

пряжения и ориентируются по отношению к вектору тока .

Сдвиг по фазе между током I₁ и напряжением U₁ обозначают φ₁. Угол φ₁, определяет, как известно, при заданных значениях тока и напряже­ния, подводимую к трансформатору от сети активную P₁ = U₁I₁cosφ₁ и реактивную Q₁ = U₁I₁sinφ₁ мощности. Чем больше угол φ₁, тем меньше активная и тем больше реактивная мощности.