2. Режимы работы трансформатора

1. Режим холостого хода трансформатора – это такой режим его работы, при котором цепь вторичной обмотки разомкнута выключателем В₂ (I₂ = 0), а к первичной обмотке подведено номинальное напряжение U_ном (выключатель В₁ замкнут) (рис. 8.5).

Рис. 8.5

На зажимах вторичной обмотки напряжение равно номинальному U_{2 x} = U_{2 ном}.

Основной магнитный поток Ф в сердечнике создается намагничивающей силой I_хN₁ первичной обмотки, ток которой в этом случае называют током холостого хода (I₁ = I_x).

Ваттметр, включенный в цепь первичной обмотки, показывает активную мощность трансформатора при холостом ходе (Р_х), т.е. мощность потерь в магнитопроводе при номинальном напряжении. Отметим, что Р₁ = Р_х, Р₂ = 0, т.к. нагрузка отключена, но ток

I₂ = 0, а I₁ = I_х по сравнению с номинальным током очень мал (в среднем 5,5%), поэтому электрические потери можно не учитывать и считать, что в режиме холостого хода Р₁ = Р_х = Р_м, где Р_м – мощность магнитных потерь.

2. Рабочий режим. В рабочем режиме (рис. 8.5) выключатели В₁ и В₂ замкнуты, первичная обмотка трансформатора включена в сеть под напряжение (обычно U₁ = = U_{1 ном}), а в цепи вторичной обмотки – нагрузка Z_н. В обеих обмотках имеются токи (I₁ – первичный, I₂ – вторичный), по значению близкие к номинальным.

При неизменном значении первичного напряжения с ростом нагрузки трансформатора (вторичной мощности Р₂) будут увеличиваться как вторичный, так и первичный токи трансформатора, будут увеличиваться и падения напряжения в его обмотках, а напряжение на зажимах вторичной обмотки будет уменьшаться.

Если обозначить U₂ напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора при нагрузке, а U_2х – при холостом ходе, то величина

Δ U % = ּ 100 %

называется процентным изменением напряжения трансформатора.

Величина δ u % зависит не только от величины тока нагрузки, но и от характера нагрузки, т.Е. От cos φ2.

Процентное изменение напряжения, определенное при номинальном токе, и cos φ₂ = 1 в современных распределительных трансформаторах незначительно, порядка 2 – 3 %.

3. Режим короткого замыкания.

Первичная обмотка включена под некоторое напряжение U₁, а вторичная обмотка замкнута на себя (U₂ = 0).

В этом режиме (рис. 8.5) выключатель В₂ замкнут, а движок нагрузочного элемента находится в крайнем левом положении (Z_н = 0). Короткое замыкание может случиться во время эксплуатации трансформатора, тогда первичное напряжение равно номинальному или близко к нему. В этом случае в обеих обмотках токи резко увеличиваются в 10 – 20 раз и более против номинальных, потому что сопротивления обмоток невелики. Такой режим очень опасен для трансформатора, т.к. возможны чрезмерное повышение температуры обмоток и большие механические усилия между токоведущими элементами. Поэтому при создании трансформатора обеспечивают достаточную механическую и термическую прочность, а в схеме его предусматривают противоаварийную защиту, способную отключить трансформатор от сети за время менее одной секунды.