Режим, при котором вторичная обмотка трансформатора разомкнута, а на зажимы первичной обмотки подано переменное напряжение, называется холостым ходом или холостой работой трансформатора.
Магнитный поток, возбуждаемый первичной обмоткой, индуктирует во вторичной обмотке э. д. с, величина которой равна:
которая в трансформаторе без потерь уравновешивает приложенное напряжение U1.
Небольшой ток, потребляемый первичной обмоткой трансформатора при холостом ходе, называется то ко м холостого хода. Величина этого тока обычно составляет 3,5—10% от тока при номинальной нагрузке трансформатора.
Построим векторную диаграмму напряжений холостой работы однофазного трансформатора без потерь (идеального) (фиг. 200). Намагничивающий ток Iр создает магнитный поток Фm , который совпадает с током Iр по фазе.
Магнитный поток Фmиндуктирует в первичной обмотке э. д. с. E 1 а во вторичной обмотке э. д. с. E 2. Напомним, что всякая э. д. с, индуктируемая синусоидально изменяющимся магнитным потоком, отстает от потока по фазе на 90° (см. 86). Поэтому векторы E 1 и E 2 мы откладываем под углом 90° от потока Фm в сторону, обратную вращению векторов.
Индуктированную в первичной обмотке э. д. с. E 1уравновешивает напряжение сети U1
Э. д. с. E 1и напряжение U1равны и взаимно противоположны.
Из векторной диаграммы видно, что ток Iр , потребляемый трансформатором при холостой работе, отстает от напряжения сети U1на 90°.
В реальном трансформаторе необходимо учитывать потери и рассеяние магнитного потока. Потери будут иметь место в стали и в меди. К потерям в стали относятся потери на гистерезис и вихревые токи, возникающие в стальном сердечнике; элек трические потери в меди трансформатора слагаются из потерь на тепло в его обмотках при нагревании их током. От других машин и аппаратов трансформатор отличается замкнутой магнитной системой и отсутствием вращающихся частей. Поэтому потери в нем малы и к. п. д. трансформаторов больших мощностей достигает 99% и выше.
Ток холостого хода I0 трансформатора имеет две составляющие (фиг. 201): 1) активную , вызванную потерями в стали. Эта составляющая очень мала, так как малы потери холостого хода; 2) реактивную
, называемую током намагничивания, создающую магнитный поток Фm и совпадающую с ним по фазе. В силу малости активной составляющей
намагничивающий ток почти равен всему току холостого хода I0. Поэтому I0 является почти целиком реактивным.
Большая разница между напряжениями первичной и вторичной обмоток трансформаторов затрудняет построение
их векторных диаграмм. Поэтому при изучении трансформаторов вторичная обмотка приводится к числу витков первичной обмотки. Приведение заключается в том, что число витков вторичной обмотки предполагают равным числу витков
первичной обмотки. При этом э. д. с, ток и сопротивление вторичной обмотки изменяются. Приведение величин вторичной обмотки к числу витков первичной не должно изменять мощности и углов сдвига фаз в трансформаторе.
Приведенные величины вторичной обмотки обозначаются буквами со штрихом сверху, например т. д. Чтобы получить
, нужно изменить Е2 пропорционально коэф-
Приведенный вторичный ток определяется из условия, что после приведения полная мощность вторичной обмотки должна остаться неизменной:
Построим векторную диаграмму напряжений холостой работы реального трансформатора (фиг. 202). Напряжение сети, приложенное к первичной обмотке, должно уравновесить э. д. с. —Е1 активное падение напряжения l0r1 совпадающее с током l0 по фазе, и индуктивное падение напряжения l0xS , опережающее ток l0 по фазе на 90°. Геометрическая сумма векторов — Е1, l0r1 и l0xS дает напряжение сети U1.