Холостой ход трансформатора

Ток, протекающий по первичной обмотке при холостом ходе трансформатора, называется током холостого хода.

Чем меньше номинальная мощность трансформатора, тем относительная величина тока холостого хода больше, хотя абсолютное значение тока холостого хода всегда намного меньше рабочего тока трансформатора.

Ток холостого хода создает магнитный поток в магнитопроводе трансформатора и называется намагничивающим током.

В режиме холостого хода трансформатор не передает электрическую энергию в цепь потребителя, так как вторичная обмотка его разомкнута.

Потребляемая трансформатором мощность из сети в данном случае затрачивается на тепловые потери в стали магнитопровода и в меньшей степени в первичной обмотке.

Эти суммарные потери обозначают Р_о и называют их потерями холостого хода. При малом значении активных потерь можно считать, что мощность Р_ст, потребляемая трансформатором при холостом ходе, расходуется только на потери в стали, т. е. что Р₀ ≈ Р_СТ.

Потери в стали практически не зависят от того, работает трансформатор вхолостую или нагружен, и величина их остается постоянной.

Потери в стали сердечника трансформатора возникают в результате его (постоянного перемагничивания под влиянием действующего в первичной обмотке переменного тока.

Эти потери называются потерями от перемагничивания.

Кроме того, в стальном сердечнике под действием переменного магнитного поля, создаваемого током, протекающим по первичной обмотке, возникают так называемые вихревые токи, которые протекают в толще сердечника в плоскостях, перпендикулярных направлению магнитного потока.

Если бы применялся сердечник из сплошного куска стали, то вихревые токи могли бы быть очень большими и вызвали бы недопустимый нагрев стали. Учитывая эта, сердечники собирают из тонких пластин.

Обычно у трансформаторов, рассчитанных для работы при частоте 50 Гц, сердечники изготавливаются из пластин. толщиной 0,5 и 0,35 мм. При повышенных частотах используются пластины или ленты, толщина которых составляет 0,2—0,08 мм.

Для повышения сопротивления сердечника вихревым токам пластины покрывают особым изолирующим лаком или другим специальным составом.

Для сердечников маломощных трансформаторов, работающих в условиях слабого насыщения, достаточна изоляция, создаваемая слоем окалины, имеющимся на поверхности пластин. Уменьшению потерь в сердечнике при перемагничивании способствует и то, что его собирают из пластин специальной легированной стали, обладающей высоким электрическим сопротивлением.

Режим короткого замыкания, э тот возникающий в процессе эксплуатации режим является аварийным.

При нормальном значении рабочего напряжения, подаваемого к трансформатору, короткое замыкание сопровождается повышением величины токов в обмотках трансформатора в 10—20 раз против номинальных значений.

Кроме того, резко повышается температура обмоток трансформатора и возникают большие механические усилия.

Для борьбы с разрушающим воздействием короткого замыкания применяется специальная защита, которая отключает трансформатор от сети в течение долей секунды. Режим короткого замыкания, создаваемый при испытаниях, характеризуется тем, что к первичной обмотке трансформатора, у которого вторичная обмотка замкнута накоротко, подается пониженное напряжение такой величины, при которой ток во вторичной короткозамкнутой обмотке равен ее номинальному току.

В этих условиях в первичной обмотке будет также протекать ток, равный номинальному значению.

Пониженное напряжение, подаваемое к трансформатору, называется напряжением короткого замыкания.

Его величина в зависимости от типа трансформатора в 5—20 раз меньше номинального и намагничивающий поток в сердечнике не превышает 5% от нормального магнитного потока трансформатора.

Поэтому можно считать, что мощность Рк, потребляемая трансформатором при коротком замыкании, целиком расходуется на потери в активных сопротивлениях первичной и вторичной обмоток.

На основе данных о потерях при холостом ходе и потерях при коротком замыкании можно определить коэффициент полезного действия η (в процентах) трансформатора из равенства:

где

Р₂— номинальная мощность трансформатора, кВт;

Р₀ — потери холостого хода (потери в стали), кВт;

Р_к — потери короткого замыкания (нагрузочные), кВт.

Трансформаторы обладают высоким КПД. У трансформаторов большой мощности он превышает 99%, у маломощных (например, порядка сто ватт) обычно несколько ниже 90%.