Назад: 2.1. Особенности сварочных трансформаторов

2.2. Элементы теории трансформаторов

Анализ работы трансформатора со стальным магнитопроводом в данном учебном пособии проводится на основе теоретических положений электротехники, предложенных И.Я. Рабиновичем*. Распределение магнитных полей схематически показано на рис.2.2.

Рис.2.2. Распределение магнитного поля трансформатора: а – при холостом ходе и б – при нагрузке

Магнитный поток можно условно разделить на две части: основной поток Ф₀ – на холостом ходу (рис. 2.2,а), Ф_т – при нагрузке (рис. 2.2,б) и поток рассеяния Ф_р(Ф_р0, Ф_р1, Ф_р2). Из основ элементарной электротехники известно, что основной магнитный поток Ф_т замыкается по магнитопроводу и совпадает по фазе с реактивной составляющей тока холостого хода, т.е. намагничивающим током. Связь между основным потоком и намагничивающим током определяется кривой намагничивания стального магнитопровода. Поток рассеяния на холостом ходу Ф_р0 замыкается по параллельному пути через воздух, прямо пропорционален первичному току и совпадает с ним по фазе. Коэффициент пропорциональности между потокосцеплением и током определяется индуктивностью, в данном случае - индуктивностью рассеяния первичной обмотки трансформатора.

В передаче мощности от первичной обмотки к вторичной участвует только основной поток Ф₀. ЭДС индукции в первичной обмотке трансформатора можно разложить на две составляющие: ЭДС, индуктируемую основным потоком, е₁ = w₁(dФ₀/dt), и ЭДС, индуктируемую потоком рассеяния, е_р1 = – L₁(di/dt). Известно, что ЭДС в соответствующих обмотках зависит от амплитудного значения магнитного потока и определяется следующими уравнениями:

Е₁ = 4,44f×w₁×Ф₀×Е₂ = 4,44f×w₂×Ф₀, (2.1)

где Ф₀ – амплитудное значение магнитного потока в сердечнике при холостом ходе; w₁, w₂ – число витков первичной и вторичной обмоток; f – частота переменного тока.

Однако не весь магнитный поток, пронизывающий первичную обмотку, сцеплен с витками вторичной обмотки и замыкается в сердечнике. Часть потока, создаваемого намагничивающей силой первичной обмотки, замыкается помимо сердечника, главным образом в пространстве между обмотками, образуя магнитный поток рассеяния Ф_р0. Отношение потока Ф₀, пронизывающего вторичную обмотку при холостом ходе, к суммарному (полному) потоку Ф_оп = Ф₀ + Ф_р0, создаваемому намагничивающей силой первичной обмотки, называется коэффициентом магнитной связи К_м = Ф₀/Ф_оп.

В трансформаторах с нормальным (малым) магнитным рассеянием К_м » 1. В трансформаторах с увеличенным магнитным рассеянием К_м < 1.

Магнитный поток рассеяния Ф_р0 индуцирует в первичной обмотке трансформатора ЭДС рассеяния Е_р1. Эта ЭДС обуславливает соответствующее падение напряжения в индуктивности первичной обмотки:

Е_р1 = I₀X₁ = 4,44 fw₁×Ф_р0, (2.2)

где X₁ – индуктивное сопротивление первичной обмотки, обусловленное рассеянием; I₀ – ток в первичной обмотке трансформатора при холостом ходе, который при принятых допущениях равен намагничиваемому току.

С учетом коэффициента магнитной связи К_м уравнение (2.2) примет вид:

Е_р1 = 4,44 fw₁Ф_оп×(1 – К_м)

Аналогично преобразуем уравнение (2.1):

Е₁ = 4,44fw₁Ф_оп Км;

Е₂ = 4,44fw₂Ф_оп Км. (2.3)

Далее: 2.3. Схема замещения трансформатора

---

* Рабинович И.Я. Оборудование для дуговой электрической сварки. – М.: Машгиз, 1958.