Режим холостого хода трансформатора

 

Холостым ходом трансформатора называют режим работы, при котором его первичная обмотка присоединена к сети переменного тока, а вторичная разомкнута. По первичной обмотке протекает ток холостого хода I ₁₀, который создает магнитный поток, имеющий две составляющие. Первая составляющая Ф представляет собой поток, замыкающийся по сердечнику и сцепленный как с первичной, так и со вторичной обмотками. Этот переменный поток индуктирует в обмотках э.д.с. Е ₁ и Е ₂ в соответствии с формулами (8.3) и (8.4). Вторая составляющая потока Ф_1Р проходит частично по воздуху. Она называется потоком рассеяния. Поток рассеяния сцеплен только с первичной обмоткой и вызывает в ней дополнительную ЭДС, которую обычно учитывают посредством введения понятия индуктивное сопротивление рассеяния первичной обмотки x _1.

Магнитное сопротивление для потока рассеяния в основном определяется сопротивлением пути потока по воздуху, поэтому поток рассеяния пропорционален току I ₁₀  и совпадает с ним по фазе. Вторичная обмотка трансформатора разомкнута, U _2хх = Е ₂, тогда ток в первичной обмотке определится как

I ₁₀ = U ₁/ Z _10, где Z ₁₀ = R ₁ + j х _1.

Ток I ₁₀ составляет от 3-х до 10% от номинального (рабочего) тока трансформа­тора – I _1н, при этом I ₂ = 0.

Ввиду малости первичного тока потери мощности в первичной катушке составляют не более одного процента от номинальной мощности трансформа­тора и их можно принять равными нулю также, как и во вторичной Р ₁₀®0, Р ₂ =0.

Таким образом, в режиме холостого хода потери мощности наблюдаются только в магнитопроводе, и связаны они с перемагничиванием и вихревыми токами, определяемыми магнитным материалом

Р ₁₀ = Р _ст = Р _в + Р _г.

Если первичное напряжение постоянно, то постоянны и потери в стали, которые пропорциональны значению магнитной индукции В в степени угла магнитного запаздывания - a. Значение угла составляет (5¸10)- электрических градусов.

В этом случае: k _тн = w ₁/ w ₂  = Е ₁/ Е ₂  » U ₁₀/ U _20.

     Векторная диаграмма в режиме холостого хода (рис.8.2) может быть построена на основании уравнения для первичной обмотки

                             (8.7)

 Векторную диаграмму (рис.8.2) начинают строить с откладывания вектора магнитного потока Ф.Затем откладывается отстающий на  вектор ЭДС первичной обмотки Е ₁.

Ток холостого хода имеет две составляющие – реактивную I _р  и активную . Составляющая I _р является намагничивающим током, который совпадает по фазе с потоком. Величина намагничивающего тока по закону магнитной цепи связана с амплитудой потока соотношением

                                   ,                             

где R _M – магнитное сопротивление стального сердечника.

Полный ток холостого хода:

         

 

 

Рис. 8.2. Векторная диаграмма трансформатора в режиме холостого хода

Ток холостого хода силовых трансформаторов мал и обычно не превышает нескольких процентов от номинального значения первичного тока I _1н.

Падение напряжения в первичной обмотке вследствие небольшого тока холостого хода невелико. Поэтому с большой степенью точности можно записать: .

Составляющая тока холостого хода  определяется потерями в стали сердечника:  Сдвиг фаз φ₁₀ близок к .

Напряжение сети обычно поддерживается неизменным, поэтому, учитывая равенство , приходим к выводу, что амплитуда основного магнитного потока при холостом ходе есть тоже величина неизменная. Из выражения (4.3) амплитуда потока:

                                            (8.8)

Во вторичной цепи при холостом ходе ток не протекает. Поэтому напряжение на зажимах вторичной обмотки равно ее ЭДС. Следовательно, при холостом ходе отношение первичного и вторичного напряжений равно с достаточной точностью коэффициенту трансформации:

                               (8.9)

Для режима холостого хода (I ₂ = 0) схема замещения имеет вид рис. 8.3. Обычно R ₁ << R_m и x ₁ << x_m, и поэтому R ₁ и x ₁ (рис. 8.4) можно пренебречь.

Опытное определение параметров производится по схеме рис. 8.4. При этом можно считать, что сопротивление вольтметра равно бесконечности.

На основании опытных данных определяем параметры параметры холостого хода или параметры маг­нитной системы:

; ; ; .      (8.10)

Величина тока холостого хода I ₁₀ составляет 2…5 % I _н.

        R ₁         jx ₁                                                             

                                                                       

                                                                                           

    

                                                                                                                

                                       

                                     

 

Рис.8.4. Схема опыта режима холостого хода трансформатора.

Рис.8.3. Схема замещения трансформатора в режиме холостого хода.

                        

 

Мощность Р ₁₀, потребляемая трансформатором в режиме холостого хода, определяется в основном потерями в стали на гистерезис и вихревые токи.