Трансформатор с ферромагнитным сердечником

Наличие ферромагнитного сердечника дает возможность значительно увеличить магнитный поток и, следовательно, увеличить мощность, передаваемую из одной цепи в другую. Однако при этом трансформатор становится нелинейным элементом цепи и в сердечнике появляются потери.

В большинстве случаев стремятся сконструировать трансформатор таким образом, чтобы нелинейность, по возможности, незначительно влияла на его работу. При анализе работы трансформатора часто пренебрегают его нелинейностью и представляют напряжения, токи и магнитный поток в виде эквивалентных синусоид.

Процессы, определяющие работу трансформаторов могут быть изучены на примере работы двухобмоточного силового трансформатора, схема включения которого показана на рис. 6.25. На схеме принято встречное направление токов (точками отмечены одноименные зажимы обмоток).

Для изучения работы такого трансформатора пользуются приведенной схемой замещения (рис. 6.26). Основное отличие этой схемы от аналогичной схемы воздушного трансформатора, заключается в наличии ветви потерь в стали g ₀, включенной параллельно ветви намагничивания b ₀, как это было показано для катушки со стальным сердечником. Этой схеме замещения соответствует векторная диаграмма (рис. 6.27,) при сопротивлении нагрузки Z _H = Z_H , где j_Н >0.

Намагничивающий ток I _Ф создает магнитный поток Ф, замыкающийся по сердечнику. Этот поток наводит ЭДС , которая отстает на 90° от вектора .Напряжение на ветви намагничивания

.

Напряжение равно геометрической сумме падений напряжений в активных и индуктивных сопротивлениях обмоток и напряжения на нагрузке:

В свою очередь первичный ток , откуда МДС (составляющую I ₂ w ₂ иногда называют размагничивающей). Здесь штрихами обозначены величины, приведенные к первичной обмотке.

Режим при Z_H =0 называют режимом короткого замыкания. Для силовых трансформаторов этот режим при нормальном напряжении может существовать как аварийный кратковременно: выделение большого количества тепла в сопротивлениях обмоток R ₁ и R ₂ может вызывать разрушение трансформатора.

На практике производят так называемый опыт короткого замыкания трансформатора. При этом опыте напряжение U ₁= U _{1 k} подбирают таким образом, чтобы ток I ₂= I _{2 k} был равен номинальному (нормальному) вторичному току. Обычно при этом U _{1 k} в несколько раз меньше номинального напряжения U ₁. Соответственно уменьшаются Е ₁, Е ₂ и Ф_т. Ток I ₀ при этом уменьшается в значительно большее число раз вследствие работы сердечника в ненасыщенном режиме.

По результатам опыта короткого замыкания определяют сопротивления R ₁, X_S, R ₂ ', X_{S 2} ', для чего принимают, что g ₀»0, b ₀»0, R ₁» R ₂ ' и X_{S 1}» X_{S 2} '. Получаемая при этом точность вполне приемлема для большинства практических случаев.

Режим при Z_H =¥ называют режимом холостого хода или холостым ходом трансформатора. При этом , поэтому ток I ₀ называют током холостого хода. В действительности ток I ₀ при холостом ходе несколько больше тока I ₀ при нормальном значении Z_H, так как вследствие уменьшения падения напряжения в первичной обмотке увеличивается Е ₁, что в свою очередь вызывает увеличение Ф_т, а значит, и I ₀. Измерения U ₁, I ₁ и Р ₁, проведенные при холостом ходе, который в этом случае называют опытом холостого хода, позволяют легко определить g ₀ и b ₀, если известны (из опыта короткого замыкания) R ₁ и X_{S 1}.

Дата добавления: 2014-12-27