Зависимость основного магнитного потока от приложенного напряжения

Изменение величины основного магнитного потока при переходе от режима холостого хода к номинальному.

От нагрузки - практически не зависит:
- Магнитный поток трансформатора при холостом ходе зависит от намагничивающей силы первичной обмотки и магнитного сопротивления сердечника, которое определяется его поперечным сечением и магнитной проницаемостью стали.
- Магнитный поток трансформатора под нагрузкой определяется величиной приложенного напряжения, частотой его изменения и числом витков первичной обмотки.
Изменение тока нагрузки влияет только в момент изменения нагрузки, а после перехода в установившийся режим магнитный поток трансформатора снова становится неизменным и примерно равным магнитному потоку трансформатора при холостом ходе.

Режимом холостого хода трансформатора называется режим при ра- зомкнутой цепи вторичной обмотки. Полагая в уравнениях (9.4)-(9.6) I 2 = 0 , получим 10 I = =+ − = I U R I jX I E E UE U . В режиме холостого хода трансформатор по существу является катушкой с ферро- магнитным сердечником. По- этому процессы и явления, рассмотренные в разделе 8.1, полностью соответствуют этому режиму, включая век- торную диаграмму и схему замещения (рис. 9.5, а). При номинальном на- пряжении питания ток первичной обмотки в режиме холостого хода состав- ляет 3…10% от тока при номинальной нагрузке, причём меньшие значения соответствуют трансформаторам большей мощности. Поэтому падения на- Рис. 9.5 156 пряжения на активном сопротивлении обмотки R1 0I и на индуктивном со- противлении потока рассеяния X I s1 0 пренебрежимо малы и U E 1 1 ≈ . В то же время, при разомкнутой цепи вторичной обмотки напряжение на её выводах в точности равно ЭДС, наводимой основным магнитным потоком U E 2 2 = . Следовательно, отношение напряжений на первичной и вторичной обмотках в режиме холостого хода будет наилучшим приближением к значению коэф- фициента трансформации 1 1 10 2 2 20 wEU k wEU ==≈

Увеличение тока вторичной и первичной обмотки

Увеличение нагрузки во вторичной цепи означает, что растёт потребляемый ток при неизменном напряжении вторичной цепи. Сопротивление нагрузки уменьшаем, уменьшаем, уменьшаем.. . вплоть до К. З. Ток в нагрузке растёт, растёт, растёт и увеличивается одновременно ток самоиндукции в первичной цепи, что приводит к уменьшению индуктивного сопротивления первичной обмотки. Меньше сопротивление- больше ток при неизменном напряжении в первичной обмотки.
Практически это выглядит так: Трансформатор 220-12 вольт. По 12 вольтам я делаю К. З. , а вылетает предохранитель в цепи 220 вольт. Вот такое объяснение на пальцах.

4. формулы действующиx значений эдстр-ра. В каком случае эдс в первичной и вторичной равны.

5. Принцип работы в режиме холостого хода. Режимом холостого хода называется режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке (рис. 2.5). При питании первичной обмотки от источника синусоидального напряжения U₁ ток первичной обмотки i_1x (МДС ) вызывает в магнитопроводе синусоидальный магнитный поток Ф, который, пронизывая обмотки с числами витков и , наводит в них согласно закону электромагнитной индукции ЭДС е₁ и e₂.

Действующие значения этих ЭДС т. е. ЭДС в обмотках пропорциональны числам витков.

Коэффициент трансформации. Коэффициентом трансформации называется отношение номинального высшего напряжения трансформатора к номинальному низшему напряжению:

(2.2) причем под номинальными напряжениями понимаются номинальные напряжения в режиме холостого хода. Так как в этом режиме (падение напряжения в обмотке мало, так как ток холостого хода I_1x много меньше номинального), a E₂=U₂, то для понижающего трансформатора (U₁>U₂)

, а для повышающего (), т. е. всегда и(2.3)

По формулам (2.1),(2.2),(2.3) можно рассчитать основные параметры трансформатора: коэффициент трансформации, действующие ЭДС, витки и магнитный поток.

ЭДС рассеяния и напряжения рассеяния. Некоторая часть потока, называемая потоком рассеяния, не замыкается по магнитопроводу, хотя и охватывает первичную обмотку – эта часть потока наводит в первичной обмотке ЭДС рассеяния, которую можно представить падением напряжения на индуктивном сопротивлении рассеяния , где , α — потокосцепление рассеяния первичной обмотки. Действительно, или в комплексной форме .

Уравнение электрического состояния первичной обмотки. Будем рассматривать первичную обмотку трансформатора как приемник электрической энергии. При такой трактовке функции обмотки выберем положительное направление ЭДС против положительного направления тока i_1Х, показанного на рис. 2.5. Изменение направления ЭДС на схеме равнозначно изменению фазы ЭДС на 180° или изменению знака в законе электромагнитной индукции, который в этом случае принимает вид: или для ЭДС самоиндукции , и ЭДС опережает по фазе магнитный поток на 90°.

Уравнение, записанное для контура первичной обмотки по второму закону Кирхгофа (рис. 2.5):

или

где — падение напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки;—падение напряжения на сопротивлении рассеяния первичной обмотки. То же уравнение в комплексной форме:

. (2.4)

Векторная диаграмма трансформатора.

Векторная диаграмма работающего в режиме холостого хода трансформатора (рис. 2.6) построена на основании уравнения (1.4). С нулевой начальной фазой выбран магнитный поток, т.е. . Ток опережает по фазе магнитный поток на угол потерь.

Относительно вектора с опережением на угол 90° построены векторы ЭДС и,так как в комплексной форме ЭДС и поток при выбранном направлении ЭДС связаны соотношением .

Векторна основании уравнения (2.4) равен сумме векторов (последний совпадает по фазе с вектором ) и (опережает вектор тока на угол 90°).

Схема замещения трансформатора

Схема замещения трансформатора для режима холостого хода (а — последовательная, б — параллельная)

В эквивалентной схеме трансформатора, приведенной на рисунке :

r₁ — активное сопротивление первичной обмотки
L_S1 — индуктивность, характеризующая поток рассеяния первичной обмотки
r₀ — сопротивление активных потерь в магнитопроводе
L₀ — основная индуктивность первичной обмотки

(1)

I_μ – ток, создающий основной магнитный поток (ток намагничивания)

I_a – ток активных потерь в сердечнике

I₁₀ = I_a + I_μ — ток холостого хода трансформатора.

Активная составляющая тока холостого хода идет на покрытие потерь мощности

. Реактивная составляющая тока холостого хода создает основной магнитный поток

;

или ; .

Режим короткого замыкания

Режимом короткого замыкания называют режим при замкнутой накоротко вторичной обмотке . Схема замещения трансформатора в этом режиме имеет вид, представленный на рис. 11. Для режима короткого замыкания справедливы следующие уравнения:

Векторная диаграмма (рис. 12) в этом режиме строится аналогично векторной диаграмме для режима холостого хода. Угол определяется параметрами вторичной обмотки:
.
Особенность этого режима состоит в том, что ЭДС значительно отличается от напряжения из-за больших токов короткого замыкания. Учитывая, что , током можно пренебречь. Тогда схема замещения может быть упрощена (рис. 13).
Из схемы замещения получаем
.
Если принять, что , то действующее значение ЭДС будет равно половине действующего значения напряжения :

.
Поэтому в режиме короткого замыкания магнитопровод трансформатора оказывается ненасыщенным.
Действующее значение тока короткого замыкания в соответствии с рис. 13
,
где - модуль комплексного сопротивления короткого замыкания трансформатора.
При ток короткого замыкания может превосходить номинальное значение в 10-50 раз. Поэтому в условиях эксплуатации режим короткого замыкания является аварийным. Однако этот режим часто проводится при пониженном напряжении для определения параметров трансформатора.
Напряжение , при котором ток короткого замыкания равен номинальному, называется напряжением короткого замыкания и обозначается
.
Отсюда следует, что напряжение короткого замыкания представляет собой падение напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора при номинальном токе и поэтому является важной характеристикой трансформатора.
Если совместить вещественную ось с вектором тока , то комплексное значение можно представить как , где , - активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания. Обычно модуль выражают в относительных единицах,
,
либо в процентах,
.
Величина оказывает существенное влияние на свойства трансформатора в рабочих и аварийных режимах. Поэтому является паспортной величиной наряду с номинальными данными.