109. Холостая работа 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 I_р создает магнитный поток Ф_m , который совпадает с током I_р по фазе.

Магнитный поток Ф_mиндуктирует 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 Ф_m 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 I_р , 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 Ф_m 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 l₀x_S , опережающее ток l₀ по фазе на 90°. Геометрическая сумма векторов — Е₁, l₀r₁ и l₀x_S дает напряжение сети U₁.