Трансформатор электрического тока является устройством преобразования энергии. Ток холостого хода трансформатора характеризует потери при отсутствии подключенной нагрузки.
Понятие холостого хода
Режимом холостого хода трансформатора называют режим работы при питании одной из обмоток трансформатора от источника с переменным напряжением и при разомкнутых цепях других обмоток. Такой режим работы может быть у реального трансформатоpa, когда он подключен к сети, а нагрузка, питаемая от его вторичной обмотки, еще не включена. По первичной обмотке трансформатора проходит ток I0, в то же время во вторичной обмотке тока нет, так как цепь ее разомкнута. Ток I0, проходя по первичной обмотке, создает в магнитопроводе синусоидально изменяющийся лоток Ф0, который из-за магнитных потерь отстает по фазе от тока на угол потерь δ.
Если к первичной обмотке подвести напряжение U1 по ней потечет ток, который обозначим I0. Этот ток создает магнитный поток Ф. Магнитный поток Ф, возбуждаемый первичной обмоткой, индуктирует во вторичной обмотке ЭДС, величина которой равна Е2. Тот же самый магнитный поток индуктирует в первичной обмотке ЭДС=E1. Небольшой ток I0, потребляемый первичной обмоткой трансформатора при холостом ходе, называется током холостого хода. Величина этого тока обычно составляет 3—10% от тока при номинальной нагрузке трансформатора
Принцип действия рассматриваемой конструкции заключается в следующем:
1. При подключении первичной обмотки к источнику переменного напряжения она формирует переменное электромагнитное поле.
2. Под воздействием данного поля в сердечнике формируется магнитное поля.
3. Магнитное поле сердечника, в силу электромагнитной индукции, создает во всех обмотках ЭДС индукции.
ЭДС индукции создается, в том числе, в первичной обмотке. Ее направление противоположно подключенному напряжению, поэтому они взаимно компенсируются и ток через обмотку при отсутствии нагрузки равен нулю. Соответственно, потребляемая мощность при отсутствии нагрузки равна нулю.
Приведенные выше рассуждения справедливы для идеального трансформатора. Реальные конструкции обладают следующими потерями (недостатками) на:
· намагничивание сердечника;
· магнитное поле рассеивания сердечника;
· электромагнитное рассеивание обмотки;
· междувитковую емкость проводов обмотки.
В результате, в реальных конструкциях трансформатора наводимая ЭДС индукции отличается от номинального напряжения первичной обмотки и не в состоянии его полностью скомпенсировать. В обмотке возникает некоторый ток холостого хода. При подключении нагрузки данное значение суммируется с номинальным током и характеризует общие потери в электрической цепи.
Метод и цели проведения опыта
Пoтepи хoлocтoгo хoдa тpaнcфopмaтopa oпpeдeляютcя пpи coздaнии oпpeдeлeннoгo peжимa. Для этoгo пpeкpaщaeтcя cнaбжeниe тoкom вceх oбmoтok. Oни ocтaютcя paзomkнyтыmи. Пocлe этoгo пpoизвoдитcя cнaбжeниe цeпeй элeктpичecтвom. Oнo oпpeдeляeтcя тoльko нa пepвom кoнтype. Aппapaтypa дoлжнa paбoтaть пoд нaпpяжeниeм, koтopoe ycтaнaвливaeтcя пpи eгo пpoизвoдcтвe пpoизвoдитeлeм.
Чepeз пepвичный кoнтyp cилoвoй, cвapoчнoй или пpoчeй ycтaнoвки пpoтeкaют тoки, кoтopыe нocят нaзвaниe ХХ. Их вeличинa paвняeтcя нe бoлee 3-9% oт зaдaннoгo пpoизвoдитeлeм пoкaзaтeля. Пpи этom нa oбмоткe втopичнoгo кoнтypa элeктpичecтвo oтcyтcтвyeт. Нa пepвичнoм кoнтype тoк пpoизвoдит мaгнитный пoтoк. Oн пepeceкaeт витки oбeих oбmoтok. Пpи этom вoзниkaeт ЭДC camoиндyкции нa кoнтype пepвичнom и взaиmoиндykции – нa oбmoтke втopичнoгo типa.
В oбopyдoвaнии пpи paбoтe oпpeдeляютcя нekoтopыe пoтepи moщнocти. Пoэтomy нe вcя элekтpoэнepгия, koтopaя пocтyпилa нa пepвичнyю oбmoтky, дoхoдит k пoтpeбитeлю.
С помощью режима холостого хода возможным становится определить:
- КПД трансформатора(принимается равной потерям мощности в стали магнитопровода);
- Коэффициент трансформации;
- потери в сердечнике
Основные соотношения между величинами в режиме холостого хода можно определить путем рассмотрения приведенной схемы замещения
Представим реальную катушку в виде последовательного соединения двух катушек, первая из которых обладает индуктивностью Ls, обусловленной потоком рассеяния Фs и активным сопротивлением R, а вторая представляет собой идеализированную катушку с сердечником из ферромагнитного материала, обладающую числом витков w и нулевым активным сопротивлением . Поток этой катушки замыкается только по сердечнику.
Эквивалентный синусоидальный ток катушки должен иметь активную составляющую, т.к. перемагничивание сердечника сопровождается потерями энергии на гистерезис и вихревые токи, и реактивную составляющую, намагничивающую сердечник, т.е. создающую поток
В соответствии с уравнением напряжений для приведенного трансформатора катушку с ферромагнитным сердечником можно представить эквивалентной схемой замещения катушки с ферромагнитным сердечником можно представить в виде, приведенном на рис. 1.9, где сплошной линией выделены элементы схемы замещения идеализированной катушки.
Рис. 1.9
Последняя содержит две параллельных ветви: активную с проводимостью q0= Ia/U', учитывающую потери в стали сердечника и реактивную с проводимостью b0= Ip/U'. Последовательная ветвь учитывает сопротивление обмотки катушки R и индуктивность рассеяния Ls.
