Почему при увеличении тока нагрузки увеличивается ток потребляемый трансформатором из сети
Обновлено: 01.05.2024
Советы электрика
Регулирование напряжения у силовых трансформаторов
В этой статье я хочу рассказать вам как регулируется напряжение у силового трансформатора 110/10 кВ- под нагрузкой.
Для тех кто вообще не в теме объясняю о чем вообще идет речь.
Эти трансформаторы понижают напряжение (в моем примере до 10 000 Вольт) и передают электроэнергию дальше, но уже на более короткое расстояние- в пределах 10-40км до следующего понижающего трансформатора, который преобразует уже высокое напряжение 10 кВ в низкое трехфазное напряжение 400 Вольт, которое и идет по проводам к нам в дома.
Так вот, к трансформатору 110/10 кВ, установленному на подстанции, присоединяется очень много нагрузки- это может быть целый сельский район или часть большого города.
Нагрузка в течении дня и в течении времен года постоянно меняется и очень сильно.
Например в зимний период многие сельские жители обогреваются электрокотлами , поэтому потребляемый ток гораздо больше чем летом.
Или есть утренние и вечерние часы максимума нагрузок когда люди просыпаются или наоборот приходят с работы, включают электроприборы- потребление электроэнергии сильно возрастает. В течении дня нагрузка снижается и иногда даже в разы меньше чем утром или вечером.
Что происходит с понижающим трансформатором при увеличении нагрузки
А ничего с ним не происходит))) Как понижал он напряжение- так и продолжает понижать- так уж он устроен.
На первичную обмотку (обмотка высокого напряжения) подается 110 000 Вольт, а со вторичной (обмотка низкого напряжения) снимается 10 000 Вольт.
Это идеальный вариант, когда напряжение на первичной обмотке стабильное и не меняется, а нагрузка вторичной обмотки или очень мала или ее совсем нет (трансформатор работает в режиме холостого хода).
На самом деле это совсем не так.
В действительности высокое напряжение на первичной нагрузке постоянно меняется в небольших пределах- 110-117кВ
И так эти колебания дойдут и до наших квартир и напряжение колебалось бы пропорционально с высоким напряжением 110 кВ.
И было бы у нас в розетках то 180 Вольт, то 250 и бесперестанно бы оно изменялось в течении суток. Думаю что никому не понравится когда свет в доме постоянно меняет яркость, как в том анекдоте- то потухнет, то погаснет, то совсем не загорит)))
Почему изменяется напряжение
А изменяется напряжение от нагрузки, от того, какая мощность подключена к трансформатору.
Кто дружит с физикой тот знает- чем больше мощность, тем больше ток. В свою очередь увеличение значения электрического тока приводит к тому, что увеличивается падение напряжения в проводниках электрического тока.
Это обмотки трансформатора, провода воздушной линии электропередачи, силовые кабеля и т.п.- на них происходит основное падение напряжения.
Что это такое падение напряжения
Говоря упрощенно и что бы было понятнее- это энегрия(причем активная!) выделяемая в виде тепла.
Приведу пример. Для каждого сечения провода есть максимальный допустимый ток. Если к медному проводу сечением 2,5 кв. мм подключить одн офазный электротел мощностью 9 кВт с потребляемым током 9000:220=41 ампер, то провод очень сильно будет греться.
Материал, из которого изготовлен провод- медь оказывает активное сопротивление электрическому току.
По закону Ома- электрический ток прямо пропорционален изменениям напряжения, поэтому при подключении электрокотла на этом участке провода увеличивается и напряжение и происходит нагрев провода.
Не понятно? Давайте еще подробнее. Допустим сопротивление провода0 1 Ом. Ток как уже определили- 41 ампер.
Тогда на проводе напряжение составит U=R*I= 41 Вольт
Это и есть падение напряжения на проводе. При этом будет выделяться мощность в виде тепла P=U*I=41*41=1681 Ватт
А это целый электрообогреватель мощностью 1,7 кВт.
Конечно такая рассеиваемая мощность в проводе приводит к перегреву и плавлению изоляции. Именно поэтому для каждого сечения ток ограничен.
В данном случае для 2,5 кв.мм допустимый ток 25-27 ампер.
Из всего вышесказанного следует:
При увеличении нагрузки- увеличивается ток и увеличивается падение напряжения и потери энергии в проводах
А сейчас самое важное!
Что бы компенсировать такие неизбежные потери энергии, на вторичной обмотке силового трансформатора повышают напряжение.
Как регулируется напряжение
Как можно изменять вторичное напряжение на понижающем трансформаторе? Можно изменять напряжение, подводимое к первичной обмотке- тогда на вторичной оно будет изменяться прямо пропорционально.
Но этот вариант не подходит, так как у трансформаторов, подключенных к сети 110 кВ разная загруженность- у одних может быть 100% нагруженность, у других- 20-50% и т.д.
А трансформаторов подключено не просто много- а очень много!
Поэтому применяют другой способ.
Напряжение регулируется изменением коэффициента трансформации самого трансформатора
Изменяется количество витков первичной обмотки трансформатора.
А почему именно в первичной?
В принципе можно было бы изменять и на вторичной обмотке- коэффициенту без разницы, он все равно будет изменяться, так как будет меняться соотношение витков первичной к вторичной обмотками.
Однако изменяют именно на высокой стороне- где выше напряжение. Почему?
Все очень просто. Где выше напряжение- там меньше величина электрического тока.
А так как регулировка напряжения происходит под нагрузкой- то есть трансформатор не отключают, то при изменении витков обмотки- при коммутации- появляется электрическая дуга в месте переключения контактов.
Кстати значения тока между первичной и вторичной обмотками различается очень значительно. Например на вторичной нагрузке ток в 300 ампер вполне допустим, а для первичной максимальный ток является 25-30 ампер.
Думаю не надо объяснять что переключать контакты при токе в 300 ампер гораздо сложнее чем при 30, согласитесь)))
А где находятся эти контакты? В баке трансформатора сделаны отводы от первичной обмотки для изменения коэффициента трансформации и выведены в отдельный отсек, где и происходит переключение с помощью специального механизма.
Снаружи на баке трансформатора прикреплен привод этого механизма, называется он
Привод РПН
РПН расшифровывается как Регулирование Под Нагрузкой. В приводе расположен электродвигатель и элементы автоматики РПН- пускатели, конечные выключатели, автоматический выключатель, клемник с контрольными кабелями и т.д.
Электродвигатель с помощью вала вращает механизм переключения. Вся работа привода РПН контролируется автоматикой РПН.
Именно благодаря применению автоматики не требуется ручное управление- она сама следит за изменениями напряжения и при необходимости меняет коэффициент трансформации, поэтому при любой нагрузке трансформатора на выходе вторичной обмотки- необходимое напряжение.
А у нас в доме- в розетке- 220)))
Автоматикой РПН управляют специальные электронные блоки:
В них выставляются необходимые параметры работы- напряжение, выдержка времени, порог нечувствительности и т.д. В релейной защите это называется уставки.
И электронный блок уже сам определяет когда изменить напряжение, через какое время и в каких пределах, все это делается автоматически.
Так же возможно и ручное переключение РПН- непосредственно из привода около трансформатора или дистанционно- с панели управления из диспетчерского пункта.
Для этого есть специальные переключатели и ключи управления. Оперативный персонал подстанции может отключить автоматику и вручную регулировать напряжение на выходе трансформатора.
Это требуется например когда автоматика РПН выведена в ремонт или при проведении оперативных переключений, но это уже как говорится- совсем другая история)))
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Увеличение нагрузки трансформатора сопровождается увеличением токов / 2 и / j, что приводит к увеличению падения напряжения в обмотках трансформатора. Поэтому с увеличением нагрузки вторичное напряжение изменяется. В зависимости от характера нагрузки трансформатора изменение вторичного напряжения может быть различным. [2]
Увеличение нагрузки трансформатора сопровождается увеличением токов / 2 и / 1 ( что приводит к увеличению падения напряжения в обмотках трансформатора. Поэтому с увеличением нагрузки вторичное напряжение изменяется. В зависимости от характера нагрузки трансформатора изменение вторичного напряжения может быть различным. [3]
С увеличением нагрузки трансформатора увеличиваются токи / 2 и / ь а значит, растет и мощность, поступающая из сети. При уменьшении нагрузки уменьшается вторичный ток, следовательно, и первичный ток также должен уменьшиться. В этом сказывается общий принцип саморегулирования, который действителен для всех электрических машин. [4]
С увеличением нагрузки трансформатора растет вторичный ток. [5]
При увеличении нагрузки трансформатора на соответствующую величину возрастает и ток первичной обмотки. [6]
По мере увеличения нагрузки трансформатора вторичный ток увеличивается, а вторичное напряжение падает. [7]
Почему при увеличении нагрузки трансформатора увеличивается ток первичной обмотки. [8]
Почему при увеличении нагрузки трансформатора увеличивается ток в первичной обмотке. [9]
При этом вследствие увеличения нагрузки трансформаторов тока их вторичные токи могут снизиться настолько, что реле тока, а следовательно, и реле времени вернутся в исходное состояние прежде, чем произойдет отключение выключателя. [10]
Погрешности возрастают с увеличением нагрузки трансформатора . На точность показаний вольтметров влияет только погрешность в коэффициенте трансформации. [11]
При этом, вследствие увеличения нагрузки трансформаторов тока , ток от них может снизиться настолько, что реле тока IT и 2Т, а следовательно, и реле времени В вернутся в исходное положение прежде, чем произойдет отключение выключателя. [12]
Из векторной диаграммы видно, что увеличение нагрузки трансформатора приводит к увеличению тока П, а это вызывает в свою очередь увеличение тока It, потребляемого трансформатором из сети. [14]
Процентное понижение вторичного напряжения показывает меру его уменьшения при увеличении нагрузки трансформатора . [15]
Однофазный трансформатор
1) Почему при увеличении тока нагрузки увеличивается ток,потребляемый трансформатором из сети?
2) Почему при изменении нагрузки изменяется КПД трансформатора?
Дополнен 9 лет назад
Большое спасибо всем !
Голосование за лучший ответ
Первый вопрос просто смешной.
Больше ПОТРЕБЛЯЕШЬ, БОЛЬШЕ ПЛАТИШЬ.
а вот второй ответ серьёзней.
Трансформатор намотан на железе. На ЛИСТОВОМ ЖЕЛЕЗЕ.
При увеличении нагрузки он начинает НАГРЕВАТЬСЯ, Сопротивления между листками трансформатора меняется, типа увеличивается. Далее он греется и греется, а потом просто ПЕРЕГОРАЕТ. А может и пожар быть
1)В режиме нагрузки ток статора возрастает. Ток реального холостого хода асинхронной машины и значительно больше по сравнению с номинальным током, чем у трансформатора. … и статора, т. е. к увеличению потребляемого из сети тока.
2)С помощью опыта холостого хода можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в стали. … Параллельная работа трансформаторов нужна по очень простой причине. При малой нагрузке мощный трансформатор имеет большие потери.
КПД трансформатора зависит от величины потерь в стали (намагничивание железа сердечника) и потерь в меди (нагрев обмоток трансформатора из за их активного сопротивления) . существуют аналитические зависимости каждого вида потерь в зависимости от тока нагрузки. По ним можно построить график суммарных потерь от тока. График потерь имеет минимальное значение когда графики пересекаются, или потери в стали равны потерям в меди, что соответствует номинальному току трансформатора и самому высокому КПД.
почему при увеличении нагрузки трансформатора, увеличивается ток первичной обмотки
При холостой работе трансформатора магнитный поток создается током первичной обмотки или, вернее, магнитодвижущей силой первичной обмотки. Так как магнитная цепь трансформатора выполняется из железа и потому имеет небольшое магнитное сопротивление, а число витков первичной обмотки берется обычно большим, то ток холостой работы трансформатора невелик, он составляет 5—10% нормального.
Если замкнуть вторичную обмотку на какое-либо сопротивление, то с появлением тока во вторичной обмотке появится и магнитодвижущая сила этой обмотки.
Согласно закону Ленца магнитодвижущая сила вторичной обмотки действует против магнитодвижущей силы первичной обмотки
Казалось бы, что магнитный поток в этом случае должен уменьшаться, но если к первичной обмотке подведено постоянное по величине напряжение, то уменьшения магнитного потока почти не произойдет.
В самом деле, электродвижущая сила, индуктируемая в первичной обмотке, при нагрузке трансформатора почти равна приложенному напряжению. Эта электродвижущая сила пропорциональна магнитному потоку. Следовательно, если первичное напряжение постоянно по величине, то и электродвижущая сила при нагрузке должна остаться почти той же, какой она была при холостой работе трансформатора. Это обстоятельство имеет следствием почти полное постоянство магнитного потока при любой нагрузке.
Итак, при постоянном по величине первичном напряжении магнитный поток трансформатора почти не меняется с изменением нагрузки и может быть принят равным магнитному потоку при холостой работе.
Магнитный поток трансформатора может сохранить свою величину при нагрузке лишь потому, что с появлением тока во вторичной обмотке увеличивается и ток в первичной обмотке и при том настолько, что разность магнитодвижущих сил или ампервитков первичной и вторичной обмоток остается почти равной магнитодвижущей силе или ампервиткам при холостой работе. Таким образом появление во вторичной обмотке размагничивающей магнитодвижущей силы или ампервитков сопровождается автоматическим увеличением магнитодвижущей силы первичной обмотки.
Так как для создания магнитного потока трансформатора требуется, как было указано выше, небольшая магнитодвижущая сила, то можно сказать, что увеличение вторичной магнитодвижущей силы сопровождается почти таким же по величине увеличением первичной магнитодвижущей силы.
Следовательно, можно написать: I2w2 = I1w1
Из этого равенства получается вторая основная характеристика трансформатора, а именно, отношение: I1/I2 = w2/w1 = 1/kт, где kт — коэффициент трансформации.
Таким образом, отношение токов первичной и вторичной обмоток трансформатора равно единице, деленной на его коэффициент трансформации.
Итак, основные характеристики трансформатора заключаются в отношениях Е1/Е2 = w1/w2 = kт и I1/I2 = w2/w1 = 1/kт
Если перемножить левые части отношений между собой и правые части между собой, то получим I1E1/I2E2 = 1 и I1E1 = I2E2
Последнее равенство дает третью характеристику трансформатора, которую можно выразить словами так: отдаваемая вторичной обмоткой трансформатора мощность в вольт-амперах, почти равна мощности, подводимой к первичной обмотке также в вольт-амперах.
Если пренебречь потерями энергии в меди обмоток и в железе сердечника трансформатора, то можно сказать, что вся мощность, подводимая к первичной обмотке трансформатора от источника энергии, передается вторичной обмотке его, причем передатчиком служит магнитный поток.
Почему при увеличении нагрузки на трансформатор увеличивается напряжение?
Почему при увеличении нагрузки потребителей на уличный понижающий трансформатор, при плохом заземлении нулевой шины, происходит увеличение напряжения до 300 вольт?
Вопрос образован из реальной аварийной ситуации, которая была устранена бригадой электриков, посредством зачистки клемм и восстановлением контакта.
бонус за лучший ответ (выдан): 10 кредитов комментировать в избранное up --> ovro1 [95.9K] 2 года назадВопрос сформулирован не совсем понятно. "Уличный понижающий трансформатор" - это подстанция осветительной сети или устройства для зарядки электрокара?
В цепях однофазной сети при увеличении нагрузки напряжение не растет, а наоборот - падает, если трансформатор недостаточной мощности.
В схеме с трехфазным электропитанием ситуация посложнее. Там при перегрузке одной из фаз напряжение на двух других возрастает (перекос фаз). Для уравнивания напряжений в такой схеме служит нейтральный провод.
Внимательно изучив рисунок, мы видим, что напряжения AB=BC=CA=380В. Бытовые приборы на такое напряжение не рассчитаны, поэтому подключать их по такой схеме нельзя. Для этого служит схема с нейтральной точкой "N" по отношению ко всем фазам, именуемой на сленге электриков "ноль" - именно между этой точкой и любой из фаз мы буем иметь напряжение AN=BN=CN=220В.
По норме точка N должна находиться в центре зеленых линий. При значительной перегрузке одной из фаз происходит "смещение" N в сторону перегрузки и напряжение по фазам меняется (красные линии и жирные цифры).
Нагрузка на N значительно возрастает. В какой-то момент этот провод может оказаться "тонким", а где тонко - там и. что? - Правильно. Вот как это видится на рисунке:
При плохом заземлении (читай - плохой нейтрали) в трехфазной сети возникает напряжение смещения нейтрали. Собственно для того и нужен нейтральный (нулевой) проводник, чтобы стабилизировать потенциал общей (нейтральной) точки подключения нагрузок.
При увеличении нагрузки на какой-то фазе увеличивается потребляемый ток. Из закона Ома следует, что при этом уменьшается сопротивление цепи. При обрыве или плохом контакте нулевого проводника ток течет по цепи фаза1-нагрузка1-нагр узка2-фаза2. На нагрузках будет фазное напряжение (380 В). Нагрузки образуют резисторный делитель напряжения, поскольку соединены последовательно. Это значит, что падение напряжения на нагрузке будет пропорционально сопротивлению. Получается, что в случае увеличения мощности нагрузки на фазе1, напряжение на ней уменьшится и наоборот, увеличится на нагрузке фазы2. Поэтому и увеличивается напряжение на нагрузке1. Вместе с тем уменьшается напряжение на нагрузке2.
Решением проблемы может быть увеличение сечения нейтрального проводника, перераспределение нагрузок на фазах в сторону их выравнивания.
Трансформатор без нагрузки потребляет электричество?
Много ли электроэнергии потребляет трансформатор, включенный в сеть без нагрузки? Есть ли смысл выдергивать все вилки из розеток?
комментировать
в избранное up -->
Михаи л Белод едов [26.1K]
6 лет назад
Вообще говоря, немного потребляет. Первичная обмотка имеет некоторое активное сопротивление, петля гистерезиса сердечника имеет некоторую площадь. Потери качественного трансформатора на холостом ходу отличны от нуля, но пренебрежимо малы. Это с одной стороны. С другой - существуют счётчики, которые замеряют потребляемую мощность радикально просто - перемножают амплитуду тока на амплитуду напряжения. Для обычной нагрузки это, правда, похоже на мощность. А трансформатор на холостом ходу - это индуктивная нагрузка. И там даже при нулевой потребляемой мощности возможна огромная амплитуда тока. И счётчик будет крутится одинаково - подключена к трансформатору нагрузка или нет. Так что лучше пронаблюдать глазками, как счётчик реагирует на трансформатор без нагрузки. Или на всякий случай всё выдёргивать из розеток.
автор вопроса выбрал этот ответ лучшим
в избранное ссылка отблагодарить
Разве индуктивное сопротивление обмотки на холостом ходу не снижает потребляемую мощность почти до нуля? — 6 лет назад
Михаил Белодедов [26.1K]
В том-то и дело, что на самом деле мощность почти нулевая, а глупый счётчик перемножает амплитуду тока на амплитуду напряжения и пишет далеко не ноль. — 6 лет назад
Как же все таки работает трансформатор? Или немного о мифах и парадоксах.
Если кратко, автор той статьи утверждал, что магнитный поток не принимает участия в передаче энергии через трансформатор, поскольку теория говорит, что он постоянен. Общий магнитный поток в трансформаторе, идеальном, действительно не зависит от тока нагрузки. В реальном трансформаторе общий магнитный поток имеет некоторую зависимость от тока нагрузки. Поэтому говорят, что он почти не зависит. Тем не менее, магнитный поток принимает самое непосредственного участие в работе трансформатора.
О том, как работает трансформатор, написано много статей. Но чаще всего трансформатор описывается с точки зрения электротехники. Я же опишу его работу с точки зрения и электротехники, и физики. Начнем с самого начала, хоть оно и кажется элементарным.
Электрический ток в направленное движение заряженных частиц. Это могут быть, например, электроны или ионы. А движение заряженных частиц порождает магнитное поле. Магнитное поле характеризуется двумя величинами, вектором напряженности магнитного поля Н и вектором магнитной индукции В. Эти величины связаны между собой
J это магнитный момент, или вектор намагниченности среды в данной точке Мы не будем принимать во внимание какие либо внешние магнитные поля и эффекты, поэтому J=0. μ это относительная магнитная проницаемость среды, а μ0 это магнитная постоянная. Для вакуума μ=1. Если μ не зависит от напряженности магнитного поля, то такую среду называют изотропной. Мы будем рассматривать именно такую среду, а про анизотропность поговорим позднее. Число в скобках это номер формулы, что бы было удобнее ссылаться на них в тексте.
Теперь переходим к рассмотрению катушки с током. Начнем с одного витка, или контура. Текущий по контуру ϒ электрический ток создает в каждой точке пространства r0 магнитное поле с индукцией (для вакуума)
Это закон Био-Савара-Лапласа. Здесь r это положение точек самого контура. Для примера, магнитная индукция поля катушки, длина которой намного больше ее диаметра, намотанная проводом, диаметр которого много меньше диаметра катушки, через которую течет постоянный ток хорошо известна и вовсе не столь устрашающая (с учетом магнитной проницаемости среды)
Обратите внимание на те условия, для которых эта формула применима. Именно эти ограничения позволяют формуле быть такой простой. Теперь введем понятие магнитного потока Ф, который является потоком вектора индукции В через через поверхность S.
При изменении магнитного потока, пронизывающего какой либо контур, в контуре наводится ЭДС. Эта ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения потокосцепления контура ψ
Потокосцепление равно алгебраической сумме всех пронизывающих контур потоков. Если все витки обмотки w пронизываются потоком Ф, то ψ=wФ. Нужно отметить, что ψ это полное (результирующее) потокосцепление контура (обмотки). Оно создается не только внешним, по отношению к данному контуру потоком, но и собственным потоком пронизывающим контур при протекании по нему электрического тока.
Наведение ЭДС в контуре при изменении тока протекающего через этот контур называют самоиндукцией. Наведенную ЭДС называют ЭДС самоиндукции.
Формулу (4), с учетом того, что поверхность S у нас не изменяется, и заменив поток на потокосцепление, можно выразить как ψ=Li. Здесь L это коэффициент пропорциональности между ψ и i, который называют индуктивностью. Подставив это в формулу (5) получим
Следовательно, ЭДС самоиндукции в катушке пропорциональна скорости изменения тока в этой катушке. Если ток не меняется, то ЭДС самоиндукции равна 0. Минус означает, что ЭДС самоиндукции препятствует изменению тока в катушке.
Теперь возьмем вторую катушку и расположим ее так, что бы их магнитные потоки частично пересекались. Такие катушки называются магнитно связанными. Теперь у нас изменяющийся магнитный поток первой катушки, при изменении тока в ней, будет наводить ЭДС во второй. А изменяющийся магнитный поток второй катушки, при изменении тока в ней, будет наводить ЭДС в первой. Наведение ЭДС в каком либо контуре при изменении тока в другом контуре называют взаимоиндукцией. А наведенную ЭДС называют ЭДС взаимоиндукции.
Поток Ф1, создаваемый током первой катушки, частично замыкается (Ф11) не проходя через вторую, частично проходит через нее (Ф12). При этом Ф1=Ф11+Ф12. Аналогично для потока второй катушки Ф2=Ф22+Ф21. Полное потокосцепление катушек будет
Если поток взаимоиндукции для катушки направлен согласно потоку самоиндукции, то в формулах (7) ставят знак плюс. При встречном направлении, знак минус. При этом ψ21 пропорционально току i2, а ψ12 пропорционально току i1.
Коэффициенты пропорциональности численно равны друг другу М12=М21=М. Коэффициент М называют взаимной индуктивностью катушек. Полная ЭДС, индуцируемая в катушках будет суммой ЭДС самоиндукции и ЭДС взаимоиндукции.
Взаимная индуктивность М зависит только от взаимного расположения катушек, числа их витков, геометрических размеров и магнитной проницаемости среды.
Я назвал катушки магнитно связанными. Введем понятие коэффициента связи k
Коэффициент связи равен 1 только в том случае, когда весь поток создаваемый первой катушкой, сцепляется со второй, и наоборот.
Собственно говоря, две магнитно связанные катушки это и есть трансформатор. И мы получили все формулы, которые описывают его работу. А теперь рассмотрим частный случай использования трансформатора для передачи энергии из первичной цепи во вторичную. Да, это именно частный случай, но, обычно, трансформатор так и используется.
Мы рассматривали две катушки без сердечника, это так называемый воздушный трансформатор. Но большинство трансформаторов имеют сердечник. Мы, для упрощения, будем рассматривать сердечник магнитная проницаемость которого не зависит от напряженности магнитного поля. Фактически, в нашем случае, сердечник просто концентрирует магнитное поле внутри себя позволяя считать коэффициент связи, формула (10), равным 1.
К первой катушке, называемой первичной обмоткой, прикладывается напряжение u1, а вторичная обмотка (вторая катушка) подключается к нагрузке Z2 с, в общем случае, комплексным сопротивлением. Работа трансформатора описывается уже знакомыми нам формулами (9). При этом обмотки (катушки) включены встречно, то есть, в формулах будет стоять знак минус. Кроме того, вспомним второй закон Кирхгофа. Получим систему уравнений описывающих работу трансформатора
Приложенное к первичной обмотке напряжение вызывает в ней протекание тока i1, который вызывает сцепленный с ней поток Ф1 Этот поток индуцирует в ней ЭДС самоиндукции, а во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции. ЭДС взаимоиндукции вторичной вызывает протекание в ней тока нагрузки i2. Протекающий по вторичной обмотке ток вызывает сцепленный с ней поток Ф2, который наводит в ней ЭДС самоиндукции, а в первичной обмотке ЭДС взаимоиндукции. Уравнения (11) отражают именно это. Суммарная ЭДС в каждой обмотке является алгебраической суммой ЭДС самоиндукции и ЭДС взаимоиндукции. То есть именно так, как мы ранее и видели. Однако, вместо двух потоков, Ф1 и Ф2, мы можем рассматривать суммарный поток, или общий, магнитный поток Ф равный алгебраической сумме потоков Ф1 и Ф2. С учетом их встречного направления Ф=Ф1-Ф2.
В трансформаторе работающем в установившемся режиме под нагрузкой ЭДС в обмотках индуцируются именно этим общим потоком.
Теперь посмотрим, что будет, если у нас изменится сопротивление нагрузки, например, уменьшится. При этом у нас увеличится ток i2, что вызовет увеличение магнитного потока Ф2 сцепленного с вторичной обмоткой. Это вызовет увеличение ЭДС взаимоиндукции для первичной обмотки, что приведет к увеличению тока i1 в первичной обмотке. Увеличение тока i1 в первичной обмотке вызовет увеличение сцепленного с ней потока Ф1. Если внимательно посмотреть на уравнения (11) и формулу (6), то будет видно, что увеличение потока Ф1 будет равно увеличению потока Ф2. То есть, общий поток у нас не изменится. Это одно из основных свойств трансформатора. Однако, обратите внимание, что не изменится именно общий, суммарный поток. Само изменение тока в цепи первичной обмотки было вызвано взаимоиндукцией, через изменение сцепленных с обмотками потоков. То есть, оба потока, и Ф1, и Ф2, увеличились, а вот их алгебраическая сумма осталась прежней. Нельзя считать, что общий поток это и есть сцепленный с каждой из обмоток поток, которые не меняются. Общий поток это лишь абстракция позволяющая описать установивший режим работы трансформатора, когда напряжение, подаваемое на первичную обмотку, когда неизменно сопротивление подключенной к вторичной обмотке нагрузки. То есть, только для случая постоянства протекающих по обмоткам токов. Это очень важный момент. И именно в этом допустил ошибку автор критикуемой мной статьи.
Чему же равен этот общий поток? Давайте рассмотрим работу трансформатора с не подключенной к вторичной обмотке нагрузке. Это называется режимом холостого хода. В этом случае вторичная обмотка не оказывает влияния на ток первичной обмотки, так как ток в ней отсутствует. Ток холостого хода первичной обмотки будет определяться формулой (6). Общий магнитный поток идеального трансформатора будет равен магнитному потоку холостого хода. И, для установившегося режима, не будет зависеть от тока нагрузки.
Как поведет себя трехфазный асинхронный электродвигатель при изменении параметров питающей сети
Понижение напряжения при номинальной частоте приводит к уменьшению тока холостого хода и магнитного потока, а значит, и к уменьшению потерь в стали. Величина тока статора, как правило, повышается, коэффициент мощности увеличивается, скольжение возрастает, а КПД падает. Вращающий момент двигателя уменьшается, так как он пропорционален квадрату напряжения.
Повышение напряжения
При повышении напряжения сверх номинального и номинальной частоте двигатель перегревается из-за увеличения потерь в стали. Вращающий момент двигателя растет, величина скольжения уменьшается. Ток холостого хода увеличивается, а коэффициент мощности ухудшается. Ток статора при полной нагрузке может уменьшиться, а при малой нагрузке может увеличиться вследствие увеличения тока холостого хода.
Уменьшение частоты
При уменьшении частоты и номинальном напряжении увеличивается ток холостого хода, что приводит к ухудшению коэффициента мощности. Ток статора обычно возрастает. Увеличиваются потери в меди и стали статора, охлаждение двигателя несколько ухудшается вследствие уменьшения частоты вращения.
Повышение частоты
При повышении частоты сети и номинальном напряжении уменьшается ток холостого хода и вращающий момент.
110. Нагрузка трансформатора
Нагрузкой трансформатора называется режим, при котором вторичная обмотка замкнута на какое-либо сопротивление. При этом во вторичной обмотке будет проходить ток l2, который создаст свой магнитный поток Ф2. Таким образом, при нагрузке трансформатора в нем будут действовать намагничивающие силы (сокращенно — н. с.) двух обмоток, а в сердечнике его будет магнитный поток, полученный действием потоков обеих обмоток.
Согласно правилу Ленца магнитный поток вторичной обмотки Ф2 стремится уменьшить поток первичной обмотки. Однако результирующий магнитный поток должен остаться постоянным (точнее почти постоянным), так как индуктированная им э. д. с. Е1 при неизменном напряжении сети U 1 должна остаться почти неизменной и почти равной напряжению U 1. Построим векторную диаграмму для режима нагрузки идеального трансформатора в случае, когда к зажимам его вторич-
ной обмотки подключено активное сопротивление.
Магнитный поток трансформатора Фm и намагничивающий ток Iр совпадают по фазе (фиг. 203). Электродвижущие силы Е1и отстают по фазе на 90° от магнитного потока Фm . Так как нагрузка активная и трансформатор не имеет потерь, то ток совпадает по фазе с э. д. с. . При нагрузке трансформатора геометрическая сумма намагничивающих сил первичной и вторичной обмоток будет почти равна намагничивающей силе первичной обмотки при холостом ходе.
Намагничивающая сила вторичной обмотки согласно правилу Ленца будет стремиться уменьшить поток первичной обмотки. Поэтому по виткам первичной обмотки должен проходить такой ток I1, который возбуждал бы магнитный поток Фm и, кроме того, компенсировал размагничивающее действие вторичной обмотки. Иначе говоря, намагничивающая сила первичной обмотки должна слагаться из намагничивающей силы , создающей поток Фm намагничивающей силы , компенсирующей намагничивающую силу вторичной обмотки:
мах вторичной обмотки (при наличии емкостной нагрузки напряжение U 2 может увеличиваться); 3) к увеличению тока I 1 в первичной цепи; 4) к увеличению падения напряжения в первичной обмотке; 5) при постоянной величине приложенного напряжения U 1 это вызовет уменьшение E 1 6) э. д. с. E 1 может уменьшиться только за счет уменьшения магнитного потока трансформатора Фm .
Таким образом, увеличение тока нагрузки I 2 приводит не только к увеличению тока I 1 потребляемого трансформатором из сети, но также к уменьшению магнитного потока в сердечнике. Однако в пределах от холостого хода до полной нагрузки изменения магнитного потока Фm невелики и часто при приближенных расчетах его считают неизменным.
Читайте также: