Исследования однофазного трансформатора

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, служащий для преобразования электрической энергии переменного тока с одними параметрами (напряжение, ток, их форма и начальная фаза) в электрическую энергию с другими параметрами при сохранении частоты переменного тока неизменной. На замкнутом магнитопроводе, собранном из листовой стали или навитом из стальной ленты, помещены две изолированные обмотки с числами витков .Обмотка, к зажимам которой подводится электрическая энергия, называется первичной; обмотка, на зажимы которой включаются потребители, называется вторичной. Протекающий по первичной обмотке переменный ток вызывает появление в стальном магнитопроводе переменного магнитного потока Ф. Этот поток сцеплен с обеими обмотками и вызывает в каждой из них переменную ЭДС. Поэтому вторичная обмотка может рассматриваться как источник переменного напряжения. Если вторичная цепь будет замкнута, то по ней потечёт ток. Из принципа действия трансформатора ясно, что он может работать только на переменном токе, так как при постоянном магнитном потоке ЭДС в обмотках возникать не будут. Значение ЭДС, индуктируемой в одном витке первичной и вторичной обмоток, находится на основании закона электромагнитной индукции:

Если в первичной обмотке – w2 витков, то действующая ЭДС (в вольтах) каждой обмотки будет

Отношение ЭДС первичной и вторичной обмоток или отношение чисел витков называется коэффициентом трансформации:

Для понижающих трансформаторов и . Для повышающих и k<1.

Первичная мощность, т.е. средняя мощность, потребляемая трансформатором из сети,

.

Вторичная активная мощность, или мощность, отдаваемая потребителю,

.

Если не учитывать потери в трансформаторе, то приближенно можно положить

При расчете электрических цепей с трансформаторами их чаще всего заменяют Т-или Г-образной схемой замещения, приведенной к первичной или вторичной стороне.

Наиболее точной является Т-образная схема замещения. Она изображена на рис. 11.1. Все сопротивления схемы приведены к первичной стороне.

В этой схеме:

G₀ — активная проводимость, учитывающая потери на вихревые токи и перемагничивание сердечника;

В₀ — реактивная проводимость, обусловленная основным магнитным потоком;

R₁ - активное сопротивление первичной обмотки и R^'₂ - вторичной обмотки, приведенное к первичной стороне (R'₂ = K²_TP R₂);

X_S1 и X' _S2 - реактивные сопротивления рассеяния

обмоток (X'_S2 = K²_TP X_S2);

Z' _H - сопротивление нагрузки (Z'_H = K²_tp Z_H).

Параметры схемы замещения трансформатора определяют по данным опытов холостого хода и короткого замыкания.