Режим нагрузки трансформатора

Режим нагрузки, или рабочий режим трансформатора, соответствует случаю, когда первичная обмотка включена на номинальное первичное напряжение, а ко вторичной обмотке подключены приемники (нагрузочные устройства). К трансформатору подключаются различного рода приемники: электрические двигатели, осветительные устройства и т. п.

Из схемы нагруженного трансформатора (рис. 1.3.1) очевидно, что основной магнитный поток Ф,", согласно закону электромагнитной индукции,.

Рис. 1.3.1. Электромагнитная схема нагруженного трансформатора

наводит ЭДС е_х и е₂, условно-положительные направления которых показаны на схеме. Ток i_v возникающий под действием наведенной ЭДС е₂, создает МД С w₂i₂. Поэтому магнитный поток трансформатора обусловлен совместным действием МДС первичной и вторичной обмоток. Исходя из этого запишем уравнение для мгновенных значений МДС:

Поскольку действительное (а не условно-положительное) направление тока i₂ противоположно направлению тока i_{ относительно одноименных выводов обмоток w_t и w₂, то МДС F₂(t) = w₂i₂ оказывает размагничивающее действие, т. е. создает магнитный поток Ф₂(t), направленный навстречу Ф,(?).

При неизменном действующем значении напряжения U_y результирующий магнитный поток Ф_от практически также остается неизменным в режимах от холостого хода до поминального. Это объясняется тем, что падения напряжения Х_1рас/, и Х_2рас/₂ в несколько десятков раз меньше ЭДС ?, из-за малости потокосцеплений рассеяния обмоток, т. е. ?_1рас и Ч^/_2рас. Падение напряжения на активном сопротивлении обмоток также много меньше Е_{. Поэтому ?, «?/_1ном ~ const и, таким образом, амплитуда магнитного потока Ф_т = E_x/(A_yAAfw_x) почти постоянна и не зависит от токов обмоток. Тогда.

или в комплексной форме.

Разделив обе части выражения (1.3.1) па w_v получим:

Отсюда следует.

или.

w₂

где Гп =—L — составляющая тока вызванная магнитным действием то;

w_x

ка вторичной обмотки.

Как указывалось выше, /_1х < /_1ном, и если в режиме нагрузки током XX можно пренебречь, то из вышеприведенных уравнений очевидно, что /,//₂ ~ w₂/w_{ = 1 /п, т.с. токи обмоток обратно пропорциональны числам витков.

Запишем уравнения электрического состояния обмоток при нагрузке в соответствии со вторым законом Кирхгофа (рис. 1.3.2):

Рис. 1.3.2. Схема замещения обмоток трансформатора.

ЭДС ?, и Е₂ создаются практически одним рабочим потоком, поэтому Е₂= Еу/п. Из выражений (1.3.3) и (1.3.4) следует система уравнений, представляющая собой математическую модель трансформатора в линейном приближении:

Эти уравнения иллюстрируются векторной диаграммой трансформатора для случая активно-индуктивного сопротивления приемника (рис. 1.3.3). Построение ведется так же, как и для случая режима XX трансформатора (см. рис. 1.2.2), но здесь добавляются векторы тока /₂ и напряжения U₂, затем строятся векторы тока /, и напряжения Ц_х.

Рис. 1.3.3. Векторная диаграмма трансформатора при активно-индуктивном сопротивлении приемника.

Из уравнения (1.3.2) следует, что с увеличением тока активно-индуктивного приемника вторичное напряжение несколько снижается. Работа трансформатора при нагрузке сопровождается увеличением потерь энергии в нем по сравнению с режимом XX.