6. Режим холостого хода и режим короткого замыкания трансформатора.

Режим холостого хода трансформатора имеет место, когда разомкнута цепь его вторичной обмотки, в обмотке нет тока и она не оказывает влияния на режим работы первичной обмотки. 

Магнитопровод трансформаторов собирается из отдельных листов электротехнической стали толщиной 0,35 — 0,5 мм.  Потери электрической энергии в магнитопроводе невелики и, следовательно, невелик и ток I_а , обусловленный этими потерями. Воздушный зазор магнитопровода, определяемый качеством обработки отдельных листов и качеством сборки, относительно невелик. Листы слоев магнитопровода собираются внахлестку: последующий слой перекрывает воздушные промежутки в стыках листов предыдущего слоя, что приводит к существенному уменьшению эквивалентного воздушного зазора магнитопровода трансформатора Намагничивающий ток I_р трансформатора и ток холостого хода трансформатора, равный

I₁₀ = √I_р² + I_a²

Рис. 8.3. Кривая намагничивания трансформаторной стал

Следует обратить внимание на то, что петля перемагничивания электротехнической стали магнитопроводов трансформаторов относительно «узкая» (рис. 8.3) и значение амплитуды магнитной индукции В_mдля обычных трансформаторов выбирается в пределах 1,2—1,6 Тл, что соответствует примерно точке кривой намагничивания, лежащей на «колене», поэтому в пределах изменения В от В = 0 до В = В_m зависимость тока от магнитной индукции примерно линейная. Поскольку магнитный поток и, следовательно, магнитная индукция изменяются синусоидально, намагничивающий ток также будет изменяться по закону, близкому к синусоидальному. В дальнейшем будем считать, что ток холостого хода изменяется по синусоидальному закону. Уравнение электрического состояния первичной цепи трансформатора при холостом ходе

U₁ = - E₁₀ + I₁₀r₁ + jI₁₀x₁.

Напряжение на выводах вторичной обмотки при холостом ходе трансформатора

U₂₀ = E₂.

Рис.  8.4.  Схема замещения (а)  и  векторная диаграмма  (б)  холостого хода трансформатора

Режимом короткого замыкания трансформатора называется такой режим, когда выводы вторичной обмотки замкнуты токопроводом с сопротивлением, равным нулю (ZH = 0). Короткое замыкание трансформатора в условиях эксплуатации создает аварийный режим, так как вторичный ток, а следовательно, и первичный увеличиваются в несколько десятков раз по сравнению с номинальным. Поэтому в цепях с трансформаторами предусматривают защиту, которая при коротком замыкании автоматически отключает трансформатор.

В лабораторных условиях можно провести испытательное короткое замыкание трансформатора, при котором накоротко замыкают зажимы вторичной обмотки, а к первичной подводят такое напряжение Uк, при котором ток в первичной обмотке не превышает номинального значения (Iк< I1ном). При этом выраженное в процентах напряжение Uк, при Iк = I1ном обозначают uK и называют напряжением короткого замыкания трансформатора

где U1ном — номинальное первичное напряжение.

При напряжении Uк составляющем 5—10% от номинального первичного напряжения, намагничивающий ток (ток холостого хода) уменьшается в 10—20 раз или еще более значительно. Поэтому в режиме короткого замыкания считают, что

Рис. 1. Схема замещения трансформатора при коротком замыкании 

Рис. 2. Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании

где UK — измеренное вольтметром напряжение при I1, = I1ном. В режиме короткого замыкания UK очень мало, поэтому потери холостого хода в сотни раз меньше, чем при номинальном напряжении. Таким образом, можно считать, что Рпо = 0 и измеряемая ваттметром мощность — это потери мощности Рпк, обусловленные активным сопротивлением обмоток трансформатора.

При токе I1, = I1ном получают номинальные потери мощности на нагрев обмоток Рпк.ном, которые называются электрическими потерями или потерями короткого замыкания.