§ 83. Холостой ход трансформатора

Режим, при котором вторичная обмотка трансформатора разомкнута, а на зажимы первичной обмотки подано переменное напряжение, называется холостым ходом трансформатора.

Если к первичной обмотке подвести напряжение U₁, по ней потечет ток, который обозначим I₀. Этот ток создает магнитный поток Φ. Магнитный поток Φ, возбуждаемый первичной обмоткой, индуктирует во вторичной обмотке э.д.с., величина которой равна Е₂. Тот же самый магнитный поток индуктирует в первичной обмотке э.д.с. Е₁. Небольшой ток I₀, потребляемый первичной обмоткой трансформатора при холостом ходе, называется током холостого хода. Величина этого тока обычно составляет 3-10% от тока при номинальной нагрузке трансформатора.

Построим векторную диаграмму холостой работы однофазного трансформатора без потерь (идеального) (рис. 190). Намагничивающий ток I₀ создает магнитный поток Φ, который совпадает с током I₀ по фазе. Как уже указывалось, магнитный поток Φ индуктирует в первичной обмотке э.д.с. Е₁, а во вторичной обмотке - э.д.с. Е₂. Напомним, что всякая э.д.с., индуктируемая синусоидально изменяющимся магнитным потоком, отстает от потока по фазе на 90° (см. § 65). Поэтому векторы E₁ и E₂ мы откладываем под углом 90° от потока в сторону, обратную вращению векторов. Индуктированную в первичной обмотке э.д.с. Е₁ уравновешивает напряжение сети U₁.

Рис. 190. Векторная диаграмма холостого хода идеального трансформатора

Э.д.с. E₁ и напряжение U₁ равны и взаимно противоположны (падение напряжения в первичной обмотке при этом режиме очень мало и им можно пренебречь).

Из векторной диаграммы видно, что ток I₀, потребляемый идеальным трансформатором при холостой работе, отстает от напряжения сети U₁ на 90°, т. е. является чисто реактивным.

У реального трансформатора из-за потерь в стали (на вихревые токи и гистерезис) возникает сдвиг по фазе между током холостого хода I₀ и магнитным потоком Φ, причем ток будет опережать магнитный поток. Ток холостого хода I₀ трансформатора имеет две составляющие (рис. 191): 1 - активную I_a = I₀ ⋅ cos φ₀, вызванную потерями в стали (эта составляющая очень мала, так как малы потери холостого хода), 2 - реактивную I_p = I₀ ⋅ sin φ₀, называемую током намагничивания, создающую магнитный поток Φ и совпадающую с ним по фазе. Так как активная составляющая I₀ ⋅ cos φ₀ мала, то намагничивающий ток почти равен всему току холостого хода I₀. Поэтому I₀ является почти целиком реактивным. В режиме холостого хода ток во вторичной обмотке отсутствует и поэтому напряжение на зажимах вторичной обмотки равно э.д.с., индуктированной в этой обмотке:

Рис. 191. Диаграмма тока холостого хода