Работа трансформатора под нагрузкой

Если к первичной обмотке трансформатора подключить напряжение U₁, а вторичную обмотку соединить с нагрузкой, в обмотках появятся токи I₁ и I₂. Эти токи создадут магнитные потоки Ф₁ и Ф₂, направленные навстречу друг другу. Суммарный магнитный поток в магнитопроводе уменьшается. Вследствие этого индуктированные суммарным потоком ЭДС E₁ и E₂ уменьшаются. Действующее значение напряжения U₁ остается неизменным. Уменьшение E₁, вызывает увеличение тока токи I₁. При увеличении тока I ₁ поток Ф₁ увеличивается ровно настолько, чтобы скомпенсировать размагничивающее действие потока Ф₂. Вновь восстанавливается равновесие при практически прежнем значении суммарного потока.

В нагруженном трансформаторе, кроме основного магнитного потока, имеются потоки рассеяния Ф_1S и Ф_2S, замыкающиеся частично по воздуху. Эти потоки индуктируют в первичной и вторичной обмотках ЭДС рассеяния.

где X_2S - индуктивное сопротивление рассеяния вторичной обмотки.

Для первичной обмотки можно записать уравнение

Для вторичной обмотки

где R₂ - активное сопротивление вторичной обмотки;

Z_Н - сопротивление нагрузки.

Основной магнитный поток трансформатора – результат совместного действия магнитодвижущих сил первичной и вторичной обмоток.

Трансформаторная ЭДС E₁, пропорциональная основному магнитному потоку, приблизительно равна напряжению на первичной катушке U₁. Действующее значение напряжения постоянно. Поэтому основной магнитный поток трансформатора остается неизменным при изменении сопротивления нагрузки от нуля до бесконечности.

Если , то и сумма магнитодвижущих сил трансформатора

Уравнение называется уравнением равновесия магнитодвижущих сил. Из уравнения получим формулу

Согласно формуле, ток в первичной обмотке складывается из тока холостого хода, или намагничивающего тока, и тока, компенсирующего размагничивающее действие вторичной обмотки.

Умножим левую и правую части уравнения на коэффициент трансформации K_T

Приведенное активное сопротивление вторичной обмотки

Приведенное индуктивное сопротивление вторичной обмотки

Приведенное сопротивление нагрузки.

Величиной намагничивающего тока можно пренебречь, так как она мала по сравнению с током первичной обмотки трансформатора в нагрузочном режиме , тогда

Подставим уравнение, получим

Уравнению соответствует упрощенная схема замещения трансформатора, изображенная на рис. 5.6.

Рис. 5.6

Параметры упрощенной схемы замещения определяются из опыта короткого замыкания. Для этого собирается схема рис. 5.7.

Рис. 5.7

Зажимы вторичной обмотки замыкаются накоротко. Измеряют напряжение, ток и мощность: U_1k, I_1k, P_k. Опыт короткого замыкания осуществляется при пониженном напряжении на первичной обмотке.

Упрощенная схема используется для расчета цепей, содержащих трансформаторы.