Під холостим ходом розуміють режим роботи трансформатора при розімкнутому вторинної обмотці, коли струм I2 = 0 (рис. 1.8).
Струм I0. протікає в цьому випадку по первинній обмотці, створює магнітне поле, частина якого (потік Ф 0) замикається по сталевому магнітопроводу і зчіплюється як з первинної, так і з вторинною обмотками. Це основний потік первинної обмотки - потік взаємоіндукції. Інша частина потоку первинної обмотки (Ф # 963; 1) замикається тільки навколо первинної обмотки - це потік розсіювання первинної обмотки.
Магнітні потоки Ф0 і Ф # 963; 1 наводять в первинній обмотці відповідно е.р.с. Е1. і Е # 963; 1.
Мал. 1.8. Схема однофазного трансформатора в режимі холостого ходу
Так як основний потік Ф 0 первинної обмотки замикається по сталевому магнітопровода, який може бути насиченим, то потік, а, отже, і наводиться їм е.р.с. Е1 в загальному випадку не прямо пропорційні току I0. Саме тому е.р.с. Е1 зазвичай висловлюють безпосередньо через потік Ф 0:
де Ф0 - амплітудне значення потоку.
Потік розсіювання Ф1 # 963; проходить великі ділянки шляху по повітрю, магнітне опір якого постійно і у багато разів більше магнітного опору з талі. Магнітний потік Ф1 # 963 ;. а отже, і наводиться їм е.р.с. Е # 963; 1 прямо пропорційні току первинної обмотки. Коефіцієнтом пропорційності між струмом I0 і е.р.с. Е # 963; 1 є індуктивний опір розсіювання первинної обмотки х1:
Напруга, прикладена до первинної обмотці трансформатора при холостому ході. врівноважується сумою е.р.с. і. а також падінням напруги на активному опорі первинної обмотки:
Знак «-» перед векторами ЕРС показує, що вони спрямовані назустріч напрузі.
Висловивши через ток відповідно до рівняння (1.11), отримаємо:
де - повний опір первинної обмотки.
Твір при холостому ході значно менше. тому їм можна знехтувати і вважати, що
Виходячи з цього рівності з урахуванням виразу (1.10) модуль напруги
звідки амплітуда магнітного потоку:
Вираз (1.17) показує, що основний магнітний потік прямо пропорційний напрузі U1 і обернено пропорційний частоті мережі f і числу витків первинної обмотки w1.
Це означає, що зниження напруги U1 призводить до зменшення потоку Ф0. а зниження f і w1 - до збільшення потоку, і навпаки. Цей висновок справедливий немає тільки для трансформаторів, а й для всіх ланцюгів змінного струму.
З виразу (1.16) випливає, що величина основного магнітного потоку Ф 0 не залежить від опору магнітного ланцюга Rм. тобто від довжини і перерізу магнітопроводу. Останнє справедливо тільки для трансформаторів, у яких і, отже. Однак опір Rм сильно впливає на величину струму холостого ходу I0. який по суті є намагнічує струмом. Дійсно, так як
При постійних U1. f. w1 магнітний потік, як випливає з (1.17), практично постійний, а це значить, що всяка зміна Rм веде до пропорційної зміни I0.
Магнітний потік холостого ходу Ф0. зчіплюючись з вторинною обмоткою, наводить в ній е.р.с. Е2. При холостому ході, коли I2 = 0, ця е.р.с. дорівнює вторинному напрузі трансформатора U20.
Практично всі трансформатори для зменшення габаритних розмірів і вартості виконуються так, що при максимальному значенні потоку (близько 1 Тл) відбувається деяке насичення стали муздрамтеатру. У цих умовах намагнічує струм стає несинусоїдальний. Форму його можна визначити графічно по кривій намагнічування трансформатора і кривої зміни потоку в часі. як показано на рис. 1.9.
Мал. 1.9. Визначення кривої намагнічує струму
Як відомо з теорії сигналів [], будь-який періодичний негармоніческое сигнал можна представити у вигляді нескінченної суми гармонік зростаючої частоти кратної частоті вихідного сигналу. Причому симетричний сигнал містить тільки непарні гармоніки першу, третю, п'яту І.Д.). Відповідно в струмі намагнічування парі насиченні муздрамтеатру з'являються і вищі гармоніки
Так як амплітуди гармонік з ростом частоти збільшуються, то зазвичай при практичних дослідженнях обмежуються п'ятої гармонікою.
Наявність вищих гармонік в струмі і магнітному потоці трансформатора може призводить до збільшення втрат в залозі муздрамтеатру і, відповідно, до збільшення струму намагнічування. Тому при проектуванні трансформаторів зазвичай намагаються досягти компромісу між його роботою в ненасиченому режимі і габаритами.
Зазвичай трансформатори розраховуються таким чином, щоб при максимальному потоці намагнічування, відповідному режиму холостого ходу, магнітна індукція досягала 1,2 ÷ 1,4 Тл. В цьому випадку амплітуда третьої гармоніки складає 15 ÷ 30% від амплітуди першої гармоніки; амплітуда п'ятої гармоніки досягає 3 ÷ 10%. Але так як трансформатори вкрай рідко працюють в режимі чистого холостого ходу, наявність вищих гармонік зазвичай не позначається на нормальній роботі трансформатора.
При збільшенні насичення муздрамтеатру в силу якихось причин намагнічує струм різко зростає. Так, наприклад, в стандартно спроектованому трансформаторі при підвищенні прикладеної напруги на 30% індукція в магніітопроводе зростає з 1,4 до 1,8 Тл, через що зменшується магнітна проникність стали і приблизно в 10 разів збільшується амплітуда намагнічує струму. При цьому амплітуди третьої і п'ятої гармонік зростають відповідно до 66% і 27,5% від амплітуди першої гармоніки.