Магнитные потоки трансформатора

к содержанию

При включении первичной обмотки трансформатора в сеть переменного тока по этой обмотке протекает ток, создающий магнитное поле. Большая часть магнитных линий замыкается по стальному магнитопроводу. Эта часть магнитных линий образует основной магнитный поток Ф₀, который пронизывает витки, как первичной, так и вторичной обмоток.

Некоторая часть магнитных линий замыкается по немагнитной среде, образуя поток рассеяния первичной обмотки Ф_s1. Магнитные линии потока рассеяния пронизывают витки только первичной обмотки и в процессе трансформирования энергии участия не принимают.

При нагрузке трансформатора в его вторичной обмотке протекает ток I₂, возбуждающий свое магнитное поле. Основной магнитный поток в магнитопроводе трансформатора сцеплен со всеми витками первичной и вторичной обмоток, поэтому он создается взаимодействием намагничивающих сил или токов этих обмоток.

Часть магнитных линий поля, возбуждаемого током вторичной обмотки, замыкается через немагнитную среду, образуя поток рассеяния вторичной обмотки Ф_S2. Этот магнитный поток не взаимодействует с потоком первичной обмотки и сцеплен только с витками вторичной обмотки.

Потоки рассеяния Ф_S1 и Ф_S2 первичной и вторичной обмоток обычно очень малы по сравнению с основным магнитным потоком, так как магнитные линии потоков рассеяния замыкаются через воздух (или другой изоляционный материал) и встречают на своем пути очень большое магнитное сопротивление, тогда как основной магнитный поток замыкается по стали магнитопровода и встречает на своем пути относительно малое магнитное сопротивление.

Потоки рассеяния первичной и вторичной обмоток примерно одинаковы и сдвинуты по фазе на угол, близкий к 180°. Основной магнитный поток не совпадает по фазе с потоком рассеяния любой обмотки. Так, при чисто активной нагрузке потоки рассеяния первичной и вторичной обмоток представятся синусоидами, имеющими одинаковые амплитуды и находящимися в противофазе.

Основной магнитный поток изображен синусоидой, сдвинутой относительно синусоид потоков рассеяния на четверть периода. При этом амплитуда основного магнитного потока много больше амплитуд потоков рассеяния.

На рис. изображена упрощенная векторная диаграмма трансформатора при чисто активной нагрузке.

По вертикальной оси вверх направлен вектор приложенного напряжения U₁. Амплитуда основного магнитного потока изображена вектором Ф_m, повернутым относительно вектора приложенного напряжения на 90° в сторону отставания. При чисто активной нагрузке трансформатора ток вторичной обмотки I₂ окажется отстающим относительно основного магнитного потока примерно на четверть периода, а ток первичной обмотки I₁ будет близок к совпадению с приложенным напряжением по фазе.

На диаграмме вектор тока вторичной обмотки I₂ изображен повернутым на 90° относительно вектора Ф_m в сторону отставания, а вектор тока первичной обмотки I₁ совпадающим с вектором U₁.

Потоки рассеяния совпадает по фазе с токами, их создающими, т. е. вектор Ф_S1 совпадает с вектором I₁, а вектор Ф_S2 с вектором I₂. Основной магнитный поток возбуждается намагничивающим током I_m, протекающим по первичной обмотке трансформатора и совпадающим по фазе с магнитным потоком. Следовательно, намагничивающий ток отстает от приложенного напряжения на 90° по фазе и является чисто реактивным.

Для возбуждения магнитного потока в магнитопроводе трансформатор потребляет из сети источника энергии реактивный намагничивающий ток I_m т. е. реактивную намагничивающую мощность . Эта мощность, не участвуя в процессе трансформирования энергии, снижает коэффициент мощности cos j и увеличивает габариты трансформатора.

Величина намагничивающего тока зависит от магнитных свойств материала магнитопровода. На рис. показаны магнитные характеристики стали.

Чем больше магнитная проницаемость стали, тем выше пройдет магнитная характеристика. Если магнитопровод выполнить из стали с большей магнитной проницаемостью (кривая 1), то для создания в магнитопроводе магнитной индукции В'_m потребуется меньший намагничивающий ток, чем при магнитопроводе из стали с меньшей магнитной проницаемостью (кривая 2), т. е. I`_m<I``<sub>m</sub>. Из сопоставления этих кривых видно, что при одном и том же намагничивающем токе I``_m в магнитопроводе из стали с большей магнитной проницаемостью магнитная индукция будет больше, чем в магнитопроводе с меньшей магнитной проницаемостью (B_m">B_m').

Следовательно, применение для магнитопроводов трансформаторов сталей с более высокой магнитной проницаемостью дает возможность увеличить магнитную индукцию и уменьшить сечение магнитопровода, что в свою очередь уменьшает массу магнитопровода и обмоток трансформатора.

Из-за насыщения стали магнитную индукцию в магнитопроводе нельзя беспредельно увеличивать, так как сравнительно небольшое повышение магнитной индукции выше определенного предела приводит к резкому увеличению намагничивающего тока и повышает потребление реактивной мощности из сети.

Величина намагничивающего тока в сильной степени зависит от качества сборки магнитопровода. Если при сборке отдельные части магнитопровода неплотно прилегают друг к другу, так что между стержнем и ярмом имеется некоторый немагнитный промежуток, это вызывает резкое увеличение магнитного сопротивления и значительное повышение намагничивающего тока, необходимого для возбуждения магнитного потока в магнитопроводе.

Дата добавления: 2014-01-07