Параметры приведенного трансформатора. Режим нагрузки трансформатора.

В общем случае параметры первичной обмотки трансформатора отличаются от параметров вторичной обмотки. Разница наиболее ощутима при больших коэффициентах трансформации, что затрудняет расчеты и особенно построение векторных диаграмм. Векторы электрических величин, относящиеся к первичной обмотке, значительно отличаются по своей длине от одноименных векторов вторичной обмотки. Затруднения можно устранить, если привести все параметры трансформатора к одинаковому числу витков, например, к w1. С этой целью параметры вторичной обмотки пересчитываются на число витков w1.

Приведенный трансформатор

Таким образом, вместо реального трансформатора с коэффициентом трансформации k = w1 / w2, получают эквивалентный трансформатор с k = w1 / w2 = 1. Такой трансформатор называется приведенным. Приведение параметров трансформатора не должно отразиться на его энергетическою процессе, то есть все мощности и фазы вторичной обмотки должны остаться такими же, что и в реальном трансформаторе.

Так, например, если полная мощность вторичной обмотки реального трансформатора S2 = E2 I2, то она должна быть равна полной мощности вторичной обмотки приведенного трансформатора:

Используя ранее полученное выражение I 2‘ = I2 w2/w1, напишем выражение для E2‘:

Приравняем теперь активные мощности вторичной обмотки:

Приведенное сопротивление трансформатора

Определим приведенное активное сопротивление:

по аналогии:

Уравнения ЭДС и токов для приведенного трансформатора теперь будут иметь вид:

РЕЖИМ НАГРУЗКИ ТРАНСФОРМАТОРА
Если включить вторичную обмотку трансформатора (см. рис. 2, б) на внешнюю цепь, замкнув рубильник 4, то трансформатор переходит из режима холостого хода в режим нагрузки.
Очевидно, что с момента включения рубильника в цепи вторичной обмотки появляется ток нагрузки /2. Этот ток, как и любой изменяющийся ток, создает свой переменный магнитный поток Ф2. Большая часть потока Ф2 замыкается по магнигопроводу трансформатора, а меньшая часть Фр2 — по воздуху вокруг витков вторичной обмотки; она составляет магнитный поток рассеяния.
Будучи индуктированным, ток вторичной обмотки по правилу Ленца противодействует причине, его вызвавшей, т. е. имеет направление, противоположное току /о, поэтому и его магнитный поток Ф2 направлен навстречу потоку Фо. Другими словами, лоток, созданный вторичным током, должен был бы ослаблять основной магнитный поток Фо.
Однако стоит только уменьшиться потоку Фо, как это вызывает уменьшение э. д. с. самоиндукции Е\ в первичной обмотке. Э.д.с. самоиндукции, как известно, направлена против приложенного напряжения Ui (рис. 4), и ее увеличение или уменьшение соответственно уменьшает или увеличивает первичный ток. Это легко подтверждается уравнением для напряжения первичной обмотки:
Из уравнения находим:
Следовательно, если допустить, что поток в сердечнике уменьшился, уменьшится и Еи а это значит, что первичный ток возрастет. Это увеличение первичного тока по сравнению с током холостого хода станет настолько большим, что созданный этим током дополнительный магнитный поток Ф1 полностью скомпенсирует поток Ф2 вторичной обмотки.
Таким образом, действуя почти прямо противоположно друг другу, потоки Ф1 и Ф2 компенсируются, а результирующий поток Фо индуктирует в первичной обмотке ЭДС £1, почти полностью уравновешивающую напряжение U\. При неизменном первичном напряжении Ui ЭДС Е\ также остается неизменной, следовательно, и магнитный поток Фо остается практически неизменным при любых нагрузках (токах Ii и /2) трансформатора.
Итак, мы убедились, что в трансформаторе при увеличении вторичного тока от нуля до h происходит автоматическое увеличение первичного тока от /о до 1\.
Подобные же процессы происходят и при уменьшении вторичного тока. Действительно, при уменьшении тока h поток Ф2 уменьшается; одновременно уменьшается и его противодействие потоку Фо, величина которого казалось бы должна при этом возрасти. Однако увеличение Фо вызывает увеличение ЭДС Еь т. е. уменьшение первичного тока. Ток 1\ уменьшается ровно настолько, чтобы создаваемый лм дополнительный поток Ф1
в точности соответствовал изменившемуся магнитному потоку Ф2.
Таким образом, можно сделать вывод, что в трансформаторе автоматически изменяется величина тока Л, поступающего в первичную обмотку от источника тока, в точном соответствии с изменением нагрузки, т. е. тока /2, который потребляется внешней цепью из вторичной обмотки. Вследствие автоматического изменения тока в первичной обмотке и происходит переход, энергии из одной обмотки в другую электромагнитным путем. При работе под нагрузкой вторичная обмотка трансформатора является источником тока. Как и для всякого источника,, для вторичной обмотки трансформатора справедливо уравнение

где Е2 — ЭДС, возникающая во вторичной обмотке;
U2 — напряжение на зажимах вторичной обмотки;
hr2 —активное падение напряжения в обмотке {п — активное сопротивление обмотки);
12х2 —индуктивное падение напряжения в обмотке (х2— индуктивное сопротивление обмотки).

Рис. 5. Векторная диаграмма трансформатора, включенного на активную нагрузку
Построим векторную диаграмму трансформатора при его работе на активную нагрузку (см. рис. 2, б). Откладываем по горизонтальной оси (рис. 5) вектор магнитного потока Фо, строим вектор тока /о и векторы ЭДС Ei и Е2у отстающие от вектора Фо на четверть периода.
Напряжение U2 на зажимах вторичной обмотки при нагрузке меньше ЭДС Е2 на величину падений напряжения в самой обмотке. Поэтому напряжение U2 можно получить, если из ЭДС £2 геометрически вычесть активное (12г2) и индуктивное (12х2) падение напряжения, которое уравновешивает ЭДС £р2, наводимую потоком рассеяния.
Поскольку трансформатор работает на активную (например, осветительную) нагрузку, ток h совпадает по фазе с напряжением t/2.
Ток 12 создает поток рассеяния Фр2, замыкающийся по воздуху вокруг обмотки w2 и поэтому совпадающий с ним по направлению. Э.д.с. рассеяния Ер2 отстает от потока на четверть периода.
Для построения векторной диаграммы первичной обмотки необходимо вектор тока холостого хода /о сложить с вектором тока Л. Это тот ток, который своим дополнительным магнитным потоком Ф1 компенсирует поток Ф2 вторичной обмотки. По вектору суммарного тока Д строится векторная диаграмма первичной обмотки точно так же, как и по вектору тока холостого хода.
В нашем примере мы рассмотрели векторную диаграмму трансформатора для случая активной нагрузки. Аналогично можно построить диаграммы и для других нагрузок (индуктивной или смешанной)