Основные соотношения в трансформаторе с увеличенным рассеянием

Режим холостого хода (рис. 2, а,б).

Рис.2. Работа трансформатора с увеличенным рассеянием при холостом ходе: а — электромаг­нитные процессы, б — мнемоническая схема

При подаче напряжения сети U₁ в первичной обмотке возникает ток холостого хода I _1Х, он создаст МДС F _1Х = I _1Х · W₁, а она вызовет появление в магнитопроводе полного потока холостого хода Фхп. Вне первичной обмотки поток разветвляется. При этом большая его часть замыкается по магнитопроводу и сцепляется с вторичной обмоткой, эту часть называют основным потоком холостого хода Ф_х. Меньшая же часть замыкается главным образом по воздуху, она не сцепляется с вторичной обмоткой, это поток рассеяния холостого хода Ф_{х рас}. Полный поток холостого хода Фхп = Фх + Ф_{х рас}.

Магнитное сопротивление на пути потока рассеяния Ф_{х рас} по воздуху зна­чительно больше, чем на пути основного потока Ф_х по железу, поэтому Ф_{х рас} намного ниже Ф_х.

В первичной обмотке основным потоком Ф_х создается основная ЭДС E ₁, а потоком рассеяния Ф_{х рас} — ЭДС рассеяния Е _{1 рас}. Вторичная обмотка сцепляется только с потоком Ф_х, в ней индуцируется ЭДС Е ₂.

 

E₁ = 4,44 f W₁ Ф_х, (1)

E_{1 рас} = 4,44 f W₁ Ф_{х рас}, (2)

Е₂ = 4,44 f W₂ Ф_Х. (3)

 

По 2-му закону Кирхгофа баланс напряжений и ЭДС для первичной и вторичной цепей

 

(4)

(5)

Первичное напряжение U ₁используется на уравновешивание полезной ЭДС E ₁, связанной с передачей магнитного потока, и потерь Е _{1 рас} и R ₁ I _1Х. Потери составляют от 5 до 15% U ₁,поэтому напряжение холостого хода трансформатора с увеличенным рассеянием несколько ниже, чем у трансформатора с нормальным рассеянием:

 

U _2x = (0,85-0,95) U ₁ W₂/ W₁, (6)

Режим нагрузки (рис. 3, а,б).

Рис. 3. Работа трансформатора с увеличенным рассеянием при нагрузке:

а — электромагнитные процессы, б — мнемони­ческая схема

 

При замыкании цепи нагрузки во вторичной обмотке возникает ток I ₂, на что первичная обмотка ответит увеличением тока I ₁. Эти токи со­здают соответствующие МДС

F ₁ = I ₁ · W₁ и F ₂ = I ₂ · W₂.

Основной поток трансформатора Ф_Т создается совместным действием МДС первичной и вторичной обмоток. Кроме того, возникают большие потоки рассеяния Ф_{1 рас} и Ф_{2 рас}.

Основной поток наводит в обмотках основные ЭДС

 

E₁ = 4,44 f W₁ Ф_Т, (7)

Е₂ = 4,44 f W₂ Ф_Т. (8)

 

Потоки рассеяния создают и обмотках ЭДС рассеяния, пропорциональные соответствующим токам:

 

E_{1 рас} = 4,44 f W₁ Ф_{1 рас} = Х₁I₁, (9)

E_{2 рас} = 4,44 f W₂ Ф_{2 рас} = Х₂I₂, (10)

 

Таким образом, действие ЭДС рассеяния может учитываться как падение напряжения на индуктивном сопротивлении рассеяния первичной Х₁и вторичной Х₂ обмотки.

По 2-му закону Кирхгофа баланс напряжений и ЭДС для первичной и вторичной цепей

 

(11)

(12)

Основные уравнения трансформатора представляют собой уравне­ния электрического состояния первичной (13) и вторичной (14) об­мотки, а также уравнение магнитного состояния трансформатора (15):

 

(13)

(14)

(15)

 

Уравнение электрического состояния (13) первичной обмотки пока­зывает, что сетевое напряжение U ₁ используется в основном для создания магнитного потока трансформатора и частично уравновешивается пер­вичной ЭДС Е _1, которая пропорциональна потоку Ф_Т. Меньшая часть U ₁ тратится на покрытие потерь в индуктивном сопротивлении E_{1 рас} = Х₁I₁, которые отражают затраты энергии на создание потока рассеяния Ф_{1 рас}. Незначительную часть представляют потери на активном сопротивлении первичной обмотки R₁I₁, которые вызывают нагрев этой обмотки.

Уравнение электрического состояния вторичной обмотки (14) показывает, что напряжение U ₂, передаваемое трансформатором дуге, полу­чается за счет вторичной ЭДС Е ₂, создаваемой основным потоком транс­форматора Ф_Т. Из нее вычитаются потери на индуктивном сопротивлении E_{2 рас} = Х₂I₂, вызванные действием потока рассеяния Ф_{2 рас}. Незна­чительные потери на активном сопротивлении вторичной обмотки R₂I₂также вызывают нагрев этой обмотки.

Уравнение магнитного состояния (15) показывает. что МДС первич­ной обмотки I ₁W₁ в режиме нагрузки затрачивается на намагничивание трансформатора на уровне режима холостого хода I _1Х · W₁,но в большей степени на преодоление размагничивающего действия вторичной обмотки ­ I ₂ · W₂.