Трансформаторы

В учебнике описаны разновидности современных трансформаторов. В зависимости от назначения они имеют свои конструктивные особенности и разные характеристики, но принцип работы у них один. Наиболее сложное устройство имеют силовые трансформаторы, применяемые в системах электроснабжения.

Изучая работу трансформатора под нагрузкой, нужно помнить, что магнитный поток в сердечнике образуется в результате совместного действия первичной и вторичной обмоток, намагничивающие силы которых направлены встречно и стремятся уравновесить друг друга. Поэтому результирующий магнитный поток в сердечнике можно считать постоянным, не зависящим от токов (если пренебречь небольшим падением напряжения в первичной обмотке), а линейно зависящим от подведенного напряжения. Это обстоятельство позволяет по результатам двух несложных опытов определять мощность, теряемую в трансформаторе в результате нагрева сердечника (потери в стали) и нагрева обмоток (потери в меди).

Потери в стали ∆ Р_СТ, обусловленные магнитным гистерезисом и вихревыми токами, пропорциональны квадрату магнитного потока и, следовательно, квадрату подведенного напряжения. Их определяют по результату опыта холостого хода, который проводят при номинальном подведенном напряжении и разомкнутой вторичной цепи. Потери в меди при этом практически отсутствуют, и ваттметр, включенный в первичную цепь, показывает величину Р₀, равную потерям в стали.

Потери в меди, пропорциональные квадратам токов в обмотках, определяют по результату опыта короткого замыкания. Вторичную обмотку замыкают амперметром, а к первичной обмотке подводят весьма низкое напряжение, при котором токи в обмотках достигают номинальных значений. Потери в стали при таком напряжении ничтожно малы, и ваттметр, включенный в первичную цепь, показывает величину Р_к, практически равную потерям в меди при номинальных токах.

По значениям Р₀ и Р_к можно рассчитать полные потери мощности в трансформаторе при любом коэффициенте загрузки β:

.

Коэффициент загрузки определяется по значениям тока нагрузки I₂ и номинального тока I_2Н во вторичной обмотке трансформатора.

Отношение называют коэффициентом трансформации трансформатора, где:

Е₁ и Е₂ – действующие значения ЭДС, возбуждаемые соответственно в первичной и вторичной обмотках с числами витков W₁ и W₂.

При амплитудном значении магнитного потока в сердечнике Ф_m: