2.1. Нагрузочный режим трансформатора

Под нагрузочным режимом трансформатора понимают такой режим работы, когда вторичная обмотка замкнута на нагрузку z_н и по ней протекает ток I₂.

Уравнения электрического состояния нагруженного трансформатора для первичной и вторичной цепей на основании второго закона Кирхгофа соответственно будут иметь вид

(1.10)

(1.11)

где R₂ – активное сопротивление вторичной обмотки;

Х₂ – реактивное сопротивление вторичной обмотки.

Из выражения (1.8) с учетом (1.4) следует, что при постоянном значении действующего напряжения сохраняется постоянной амплитуда потока Ф_m в магнитопроводе. Поэтому МДС первичной обмотки трансформатора при холостом ходе w₁I₁₀ должна быть равна сумме МДС обеих обмоток при нагрузке

(1.12)

После преобразования (1.12) получим

(1.13)

где - называют током вторичной обмотки, приведенным к числу витков первичной обмотки.

Составляющая тока первичной обмотки , создающая магнитный поток в трансформаторе при холостом ходе, постоянна. Составляющая тока , следовательно, и , зависит от нагрузки.

Основные свойства трансформатора определяются его рабочими характеристиками, представляющими зависимость первичного тока , выходного напряжения U₂, к.п.д. и коэффициента мощности cos  в функции тока нагрузки. Эти характеристики получают из опытных данных или расчетным путем из анализа схемы замещения трансформатора. Параметры схемы замещения определяют из опытов холостого хода и короткого замыкания (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3

На схеме замещения параметры вторичной цепи «приводятся» к первичной в соответствии с выражениями :

Е₂ = kZ₂; U₂ = kU₂; Z_н = k²Z_н; R₂ = k²R² ; X₂ = k²X₂.

2.2. Опыт короткого замыкания

Различают опыт короткого замыкания и режим аварийного короткого замыкания трансформатора.

Под опытом короткого замыкания трансформатора понимается такой режим, при котором его вторичная обмотка при испытании замкнута накоротко, а к первичной обмотке подводится пониженное напряжение, которое называется напряжением короткого замыкания U_1к, при этом в обмотках протекают номинальные токи I_1н и I_2н.

Опыт короткого замыкания проводится для определения напряжения U_1к, электрических потерь в обмотках Р_обм, параметров схемы замещения

R_к = R₁ + R₂, X_к = Х₁ + X₂.

Мощность, измеряемая в первичной цепи в режиме короткого замыкания, равна приближенно электрическим потерям на нагрев обмоток трансформатора

Р_к.з_. = Р_обм.

Мощностью магнитных потерь в стали Р_ст можно пренебречь, так как U₁ мало, следовательно, мал и рабочий магнитный поток, так как

U₁ = 4,44f₁Ф_m.

В трехфазном трансформаторе электрические и электромагнитные системы трех однофазных трансформаторов объединены в одну. Физическую сторону такого совмещения схематично можно пояснить следующим образом. Если три магнитные системы однофазных трансформаторов с обмотками ВН и НН, размещенными на одном стержне, составить под углом 120° друг к другу, свободные от обмоток стержни примкнуть — состыковать в один, соединить обмотки в трехфазные схемы и подать на одну из них трехфазное напряжение, то и получится трехфазный трансформатор с общей электрической и магнитной системой, состоящей из трех стержней с обмотками и одного центрального стержня без обмоток. Однако исходя из известного положения электротехники о том, что сумма мгновенных значений токов и магнитных полей трехфазной системы равна нулю, магнитный поток в центральном стержне будет отсутствовать, а следовательно, в нем нет необходимости, поэтому его из конструкции магнитной системы удаляют. Полученная при этом трехстержневая пространственная магнитная система (рис.1.4) является симметричной — у нее длина путей основного магнитного поля каждой фазы одинакова.