skanuj0002

4

Transformator zasilany jest z regulowanego źródła napięcia (autotransformator AT).

Przyrządy pomiarowe wskazują odpowiednio:

-    amperomierz: Im - prąd stanu jałowego

- watomierz:    Pm - pobieraną z sieci moc czynną

-    woltomierz: Um - napięcie zasilające transformator

Jeżeli jest to transformator idealny, to amperomierz wskazuje składową bierną prądu (lm = Iu), tzw. prąd magnesujący, watomierz Pm = 0, a woltomierz napięcie zasilające.

Wówczas

COS <p_l0

Uiol„

Oznacza to, że prąd jest przesunięty (opóźniony) względem napięcia o kąt = — , czyli że transformator idealny zachowuje się jak idealna indukcyjność.

W przypadku transformatora rzeczywistego watomierz wskazuje niewielką moc czynną pobieraną z sieci, która pokrywa straty mocy występujące w transformatorze. Moc ta jest równa:

PlO ~    + AP_F(i

gdzie: A P₍jio - straty w uzwojeniu pierwotnym A Pfc - straty w rdzeniu

Wobec tego

PlO ⁼ 110*, ⁺ AP_Fe    (1)

Straty te wydzielają się w postaci ciepła w uzwojeniu pierwotnym i w rdzeniu transformatora. Straty w rdzeniu zależą od rodzaju blachy, z której wykonany jest rdzeń transformatora. Straty te można zmniejszyć przez dodanie niewielkiej ilości krzemu (do 4%). Mówimy wówczas o blachach transformatorowych „nakrzemionych”.

Straty w rdzeniu składają się ze strat na hislerezę APh (przemagnesowywanie) oraz strat na prądy wirowe APw. Straty te można wyrazić przy pomocy zależności

A Pf_e ~ ^PH + &PW    ‘ f '    ⁺

gdzie: k_H , k_w - stale współczynniki f    -częstotliwość

B,„    - wartość maksymalna indukcji magnetycznej

Jeżeli częstotliwość f = const, to możemy napisać

&PFe ⁼ (*/// ⁺ *wf² )'    = k ' *m

Ponieważ indukcja magnetyczna B_m jest proporcjonalna do napięcia (B„,~Ui), wobec tego mamy

A Pfe ~ k_FeU\

Straty te są proporcjonalne do kwadratu napięcia. Przebieg tych strat można wyznaczyć z zależności (1)

^APFe = *10

Zmieniając napięcie zasilające transfonnator dokonujemy pomiarów mocy Pm i prądu Im i obliczamy straty w rdzeniu i wykreślamy w zależności od napięcia (AP_Fc = f (Uj) ). Przebieg tych strat pokazano na rys. 3.

Ze względu na to, że rdzeń transformatora jest składany z blach, straty' na prądy wirowe są znacznie ograniczone i można praktycznie przyjąć, że straty w rdzeniu stanowią głównie straty na histerezę (AP_Kc s= APh). Świadczy o tym następujący przykład .leżeli rdzeń wykonany jest z blachy o grubości 0,35 mm o zawartości krzemu ok. 4%, to przy indukcji B,„ = IT i częstotliwości f = 50 Hz poszczególne składowe wynoszą: AP_H = 87% APp_e oraz AP_W = 13% AP_Fc. Wykres wskazowy stanu jałowego transformatora idealnego i rzeczywistego pokazano na rys. 4.

Rys. 3. Przebieg strat w rdzeniu

a) transformator i

Rys.4. Wykres wskazowy'transformatora w stanie jałowym

Jako wskaż odniesienia (wskaż rysowany poziomo) przyjęto strumień magnetyczny fl>_m. Jest on

przesunięty (spóźnia się) w stosunku do napięcia U| o kąt 7t/2. Siły elektromotoryczne transformacji indukowane w uzwojeniach pierwotnym i wtórnym przesunięte są w stosunku do strumienia o kąt ti/2. W transformatorze idealnym prąd stanu jałowego posiada tylko składową bierną (I_Iob = 1^). Natomiast w transformatorze rzeczywistym prąd stanu jałowego Im posiada dwie składowe: składową bierną (Inn, = 1,,) oraz składową czynną (I_10c). Składowa czynna W wynika ze strat mocy i jest w fazie z napięciem U|. Składowa bierna ł₍, jest w fazie ze strumieniem i jest opóźniona w stosunku do napięcia o o kąt n/2. Prąd stanu jałowego I|» stanowiący sumę geometryczną wymienionych składowych, jest opóźniony w stosunku do napięcia o kąt <p_l0.

W stanie jałowym napięcie zasilające transformator praktycznie równoważy siłę elektromotoryczną indukowaną w uzwojeniu pierwotnym (Ui * -Ei).

4. ROZPROSZENIE STRUMIENIA MAGNETYCZNEGO

Prądy płynące przez uzwojenia transformatora wytwarzają przepływy (amperozwoje) powodujące pojawienie się strumieni magnetycznych. Każde z uzwojeń wytwarza składową strumienia głównego (d>i₂ i <ir₂i) oraz strumień rozproszenia (<f>i_r i 0_2r)-

Składowe obu uzwojeń tworzą strumień główny skojarzony z obydwoma uzwojeniami. Wytworzone przez uzwojenia strumienie rozproszenia skojarzone są tylko z uzwojeniem, który' ten strumień wytwarza. Strumień rozproszenia zamyka się przede wszystkim przez powietrze (rys. 5.).