26.2 : Эквивалентные схемы для практических трансформаторов

Практические эквивалентные схемы однофазных двухобмоточных трансформаторов демонстрируют значительные отклонения от своих идеализированных версий из-за присущих им свойств сопротивления обмотки и конечной проницаемости сердечника. Эти свойства приводят к потерям активной и реактивной мощности, влияющим на производительность трансформатора. Понимание этих отклонений имеет решающее значение для проектирования более эффективных трансформаторов.

В практическом трансформаторе каждая обмотка проявляет сопротивление и реактивное сопротивление рассеивания. Сопротивление обмотки способствует резистивным потерям, проявляющимся в виде тепла, в то время как реактивное сопротивление рассеивания, связанное с потоком рассеивания, вызывает падение напряжения и приводит к потере реактивной мощности. Эти элементы моделируются последовательно, с каждой обмоткой в ​​эквивалентной схеме трансформатора, что обеспечивает более точное представление поведения трансформатора в условиях нагрузки.

Конечная проницаемость сердечника трансформатора подразумевает, что требуется ненулевая магнитодвижущая сила (МДС), как описано в законе Ома для магнитных цепей. Это требование приводит к току намагничивания, который необходим для установления магнитного потока в сердечнике. Когда рассматривается индуцированное напряжение на первичной обмотке, ток намагничивания отстает от индуцированного напряжения на 90 градусов. Эта связь представлена ​​шунтирующим индуктором в эквивалентной схеме, точно моделирующим реактивную составляющую мощности из-за намагничивания сердечника.

Потери в сердечнике, в первую очередь из-за гистерезиса и вихревых токов в материале сердечника, представлены шунтирующим резистором в эквивалентной схеме. Этот резистор моделирует ток потерь в сердечнике, который находится в фазе с индуцированным напряжением. Когда ток вторичной обмотки равен нулю, первичный ток состоит из двух компонентов: тока намагничивания и тока потерь в сердечнике. Эти компоненты отвечают за реактивные и активные потери мощности соответственно.

Для снижения этих потерь в качестве материала сердечника часто используется высококачественная легированная сталь. Этот материал обладает превосходными магнитными свойствами, снижая потери на гистерезис и вихревые токи, тем самым повышая эффективность трансформатора.

Для практического трансформатора можно построить три основные альтернативные эквивалентные схемы:

1. Когда сопротивление и реактивное сопротивление рассеивания относятся к первичной обмотке.
2. Когда ток возбуждения (сумма токов намагничивания и потерь в сердечнике) для простоты пренебрегается.
3. Когда сопротивление обмоток игнорируется, а внимание уделяется только реактивным составляющим.

Каждая из этих эквивалентных схем дает представление о различных аспектах производительности трансформатора и упрощает анализ для конкретных приложений. Понимая и моделируя эти неидеальные характеристики, инженеры могут проектировать трансформаторы, которые лучше соответствуют требованиям различных электрических систем.