Рабочий режим

Режим холостого хода

Холостым ходом трансформатора называется такой режим его работы, когда к зажимам первичной обмотки подводится переменное напряжение, а цепь вторичной обмотки разомкнута.

В режиме холостого хода ток в первичной обмотке I ₁^хол очень мал и сопротивление первичной обмотки у трансформаторов обычно тоже мало. Следовательно падение напряжения на первичной обмотке при холостом ходе пренебрежимо мало, то есть можно считать, что U ₁ = е ₁. Во вторичной обмотке в режиме холостого хода напряжение в точности равно ЭДС (U ₂^хол = е ₂), так как обмотка разомкнута.. Эти факты позволяют определять в режиме холостого хода коэффициент трансформации.

.

46.5

Мощность, потребляемая трансформатором при холостом ходе, затрачивается на потери в стальном сердечнике (на его перемагничивание и на вихревые токи Фуко в нем) и на нагревание (джоулевы потери) одной лишь первичной обмотки (I ₁^хол )² r ₁, где r ₁ - омическое сопротивление первичной обмотки. Однако в этом режиме потери на джоулево нагревание обмотки ничтожны по сравнению с потерями в стали (исключение составляют лишь трансформаторы малой мощности). Следовательно, вся мощность холостого хода трансформатора практически затрачивается лишь на потери в стали, и, поэтому, опыт холостого хода позволяет определить потери в стали трансформатора.

Рабочий режим

В рабочем режиме трансформатора во вторичную обмотку включается омическая нагрузка. Во вторичной цепи трансформатора ЭДС индукции Е ₂ играет роль источника энергии. Она создаёт ток I ₂, который порождает в сердечнике вторичный магнитный поток. Согласно правилу Ленца, этот поток направлен противоположно основному потоку, индуцирующему ЭДС Е ₂, стремясь его уменьшить. А это, опять же по правилу Ленца, приводит к увеличению первичного тока при том же самом напряжении в первичной цепи настолько, чтобы восстановить первоначальный магнитный поток, при котором существует равновесие в первичной цепи между напряжением U ₁ и наведенной ЭДС Е ₁ (U ₁» Е ₁).

Таким образом, всякое изменение силы тока во вторичной обмотке трансформатора вызывает соответствующее изменение силы тока в первичной, но практически не влияет на амплитуду основного магнитного потока Φ. Следовательно, пока не изменяется первичное напряжение U ₁ трансформатора, остаётся неизменным и его основной магнитный поток Φ, что характерно для рабочего режима трансформатора. Изменением сопротивления нагрузки можно изменять ток во вторичной обмотке, и, тем самым, при постоянном напряжении U ₁ варьировать мощность, выделяющуюся во вторичной обмотке (отбираемую от трансформатора потребителем).

Электрическая мощность, подаваемая в первичную цепь трансформатора и измеряемая ваттметром, включенным в эту цепь, равна:

Измерив напряжение и ток в первичной обмотке, можно определить коэффициент мощности (см. Введение) первичной цепи:

.

46.7

Аналогичные измерения, проведённые для вторичной обмотки, дают:

P 2 = I 2· U 2·cosj2,	46.8
.	46.9

КПД трансформатора будет выражаться формулой:

.

КПД в зависимости от отбираемой из вторичной цепи мощности будет изменяться. График этой зависимости h = f (I ₂), как показывает теория, обладает максимумом. КПД трансформатора достигает максимума в тот момент, когда потери в стальном сердечнике трансформатора равны джоулевым потерям в обмотках.