2. Режимы работы трансформаторов

Различают несколько режимов работы трансформаторов:

1. Номинальный режим, т.е. режим при номинальных значениях напряжения и тока первичной обработки трансформатора:

.

2. Рабочий режим, при котором напряжение первичной обмотки близко к номинальному или равно ему, а ток определяется нагрузкой трансформатора.

3. Режим холостого хода, т.е. режим ненагруженного трансформатора, при котором цепь вторичной обмотки разомкнута ( или подключена к нагрузке с очень большим сопротивлением (например, в цепь включен вольтметр).

4. Режим короткого замыкания трансформатора, при котором его вторичная обмотка замкнута накоротко ( или подключена к нагрузке с очень малым сопротивлением (например, в цепь включен амперметр).

Обычно трансформаторы эксплуатируются в рабочем режиме. Номинальный режим работы возникает, когда нагрузка соответствует номинальной. Режимы холостого хода и короткого замыкания в обычных условиях не допускаются. Они возникают при авариях. Но режимы холостого хода и короткого замыкания могут создаваться специально, для испытания трансформаторов на заводах изготовителях или в специальных лабораториях. Такие испытания проводят для экспериментального определения параметров вновь созданных трансформаторов и называются опытами холостого хода и короткого замыкания. Рассмотрим их более внимательно.

2.1.Опыт холостого хода трансформатора

Опытом холостого хода называют испытание трансформатора при

разомкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном напряжении на первичной обмотке. Схема для проведения опыта холостого хода приведена на рис. 21.5. Полагая, что измерительные приборы не вносят в режим работы трансформатора сколько-нибудь ощутимых изменений, можем измерить ряд его параметров(U_1Н, I_1Х, U_2Н, Р_С), а затем дополнить это ряд расчетами(I_1Н, n₂₁).

Опыт холостого хода начинают проводить с установки номинального напряжения на первичной обмотке трансформатора. Величину напряжения контролируют по показаниям вольтметра V₁. Показания амперметра, при , определяют номинальное значение тока холостого хода - . Учитывая, что этот ток составляет 3  10% от номинального тока первичной обмотки для мощных трансформаторов и до 40% для маломощных, можем рассчитать значение номинального тока первичной обмотки

. (21.21)

Кроме этого, при разомкнутой цепи вторичной обмотки всегда . Это значит, что

.

Измерив вольтметрами и , легко определить коэффициент трансформации

. (21.22)

Мощность потерь в трансформаторе при холостом ходе складывается из мощности потерь в магнитопроводе – Р_с и в проводах – Р_пр. Мощность потерь в магнитопроводе пропорциональна квадрату магнитной индукции - В², а, значит, и квадрату напряжения первичной обмотки – . Так как , то и потери в магнитопроводе соответствуют номинальному значению.

Потери в проводах вторичной обмотки отсутствуют, так как . Потери в проводах первичной обмотки пропорциональны квадрату тока холостого хода ( ). Но ток холостого хода пренебрежимо мал в сравнении с номинальным током. Поэтому и мощность потерь в проводах ничтожна по сравнению с мощностью потерь в магнитопроводе. Отсюда следует, что показания ваттметра в опыте холостого хода определяют только потери в магнитопроводе – Р_с.

Следует учитывать, что потери Р_с складываются из потерь на гистерезис и дополнительных потерь на вихревые токи, потерь в деталях конструкции и потерь из-за вибрации листов стали магнитопровода. Однако эти дополнительные потери не превышают 20% от общих потерь.

В ряде случаев важно знать, как изменится ток холостого хода трансформатора при изменении напряжения на первичной обмотке. Зависимость приведена на рис. 21.6. Она называется характеристикой холостого хода трансформатора.

При малых значениях значение магнитной индукции мало. Магнитопровод не насыщен, поэтому увеличивается пропорционально напряжению. При увеличении начинает сказываться насыщение магнитопровода и приращение тока холостого хода увеличивается.

Магнитопровод трансформатора проектируют так, чтобы значение магнитной индукции не превышало величины 1,6 1,7 Тл. При таком значении магнитной индукции увеличение до 1,2 не приводит к критическому увеличению тока холостого хода и допустимо в течение длительного времени.