ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Глава   восьмая
ТРАНСФОРМАТОРЫ

8.5. МГНОВЕННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ ТРАНСФОРМАТОРА

Для пояснения процессов, происходящих в трансформаторе, которые мы рассматривали с использованием действующих значений токов и напряжений с их традиционными положительными направлениями, полезно рассмотреть графики мгновенных значений действительных величин ul, il, и2, i2 и i10 (рис. 8.12), которые можно записать с помощью осциллографа.

Рис. 8.12. Графики (осциллограммы) мгновенных значений токов и напряжений трансформатора

Графики мгновенных значений ЭДС е1 и е2 построены расчетным путем. Можно ЭДС e1 и е2 записать на осциллографе, но для этого трансформатор надо снабдить дополнительной ненагруженной обмоткой. Измерительные устройства светолучевого осциллографа имеют малую инерционность и могут записывать на фотобумаге мгновенные значения напряжений и токов.

Измерительные   устройства   осциллографа   для   измерений   тока выключаются как амперметры, а напряжения — как вольтметры (рис. 8.13).

Если действительное направление тока (движение положительных зарядов) такое, как указано на рис. 8.13,— от точки A1 к точке Б1 (соответственно от А2 к Б2) измерительного устройства, то значения тока записываются выше оси времени (если бы амперметр мог реагировать на мгновенное значение тока, то его стрелка отклонялась бы вправо), при обратном направлении — ниже оси (стрелка амперметра отклонялась влево). Если действительное  направление напряжений такое, как указано на рис. 8.13, т. е. точка АB1 измерительного устройства имеет положительный потенциал, а точка БB1 — от­рицательный (соответственно АВ2 — положительный, БВ2 — отрицательный), значения напряжения записываются выше оси времени (если бы вольтметр мог реагировать на мгновенное значение напряжения, то его стрелка отклонялась бы вправо), при обратной полярности — ниже оси времени (стрелка вольтметра отклонялась бы влево). Из графиков рис. 8.12 следует, что ток в первичной обмотке i1 отстает от напряжения u1 на угол, значение которого обусловлено параметрами трансформатора zк и потребителя zн = rн + jxн .

Рис.   8.13.   Схема   включения   приборов   для   осциллографирования мгновенных значений токов и напряжений трансформатора

Вторичное напряжение и2 отстает по фазе от напряжения сети и1 на угол, обусловленный полным сопротивлением трансформатора zк . Для идеализированного трансформатора Zк = 0 они совпадают. Ток вторичной обмотки i2 отстает от напряжения и2 на угол, определяемый параметрами нагрузки zн.

Далее из графика следует, что большую часть времени первой половины периода, когда ток i1 направлен от начала к концу первичной обмотки, ток i2 во вторичной обмотке направлен от конца к началу. Большую часть времени второй половины периода, когда ток i1 направлен от конца к началу, ток i2 направлен от начала к концу обмотки. Из этого следует, что МДС вторичной обмотки i2w2 большую часть времени периода направлена против МДС первичной обмотки i1w1, что согласуется с правилом Ленца. Разность МДС первичной и вторичной обмоток равна МДС тока холостого хода. График тока i10(t) можно построить на основании уравнения

i10w1 = i1w1 - i2w2

или записать на осциллографе при разомкнутой вторичной обмотке трансформатора, когда i2 = 0. При работе с нагрузкой, как об этом уже говорилось, магнитный поток создается МДС первичной и вторичной обмоток и правило Ленца устанавливает связь между магнитным потоком Ф(i0) трансформатора и ЭДС первичной и вторичной обмоток, так как

e1 = - w1 dФ/dt,    e2 = - w2 dФ/dt.

Как видно из рис. 8.12, при возрастании тока i0 (если пренебречь активной составляющей тока холостого хода, то магнитный поток Ф и ток i0 совпадают по фазе) ЭДС e1 действует против тока i0 при убывании магнитного потока в направлении тока i0. Это справедливо для любого момента времени. При холостом ходе трансформатора, когда магнитный поток создается только током i1 = i0, ЭДС е1 действует против тока в первичной обмотке i1 или согласно с ним.

Следует отметить, что при синусоидальном напряжении на первичной обмотке и1 магнитный поток Ф(i0), напряжение и2 и ток i2 изменяются также по синусоидальному закону независимо от того, насыщен или нет магнитопровод трансформатора, в то время как ток в первичной обмотке i1 и ток холостого хода i0 будут иметь синусоидальный характер только при ненасыщенном магнитопроводе трансформатора.