1.3. Режимы работы трансформатора

Выделяют три режима работы трансформатора.

1. Режим холостого хода. В этом режиме вторичная обмотка трансформатора разомкнута , ток в ней отсутствует. По первичной обмотке протекает небольшой по величинеток холостого хода, составляющий обычно (для силовых трансформаторов с номинальными мощностями25 – 500 000 кВА).

2. Режим работы под нагрузкой или рабочий режим. Ко вторичной обмотке трансформатора подключена нагрузка . По первичной и вторичной обмоткам трансформатора протекают токи.

3. Режим короткого замыкания имеет место при замкнутой накоротко вторичной обмотке трансформатора .

Короткое замыкание трансформатора в эксплуатационных условиях при номинальном напряжении первичной обмотки называютэксплуатационным. Этот режим является аварийным и представляет большую опасность для трансформатора. Токи в обмотках при эксплуатационном коротком замыкании многократно превышают номинальные, что приводит к возникновению в обмотках чрезмерных механических усилий и значительному превышению допустимой температуры изоляции.

Короткое замыкание, проводимое при пониженном напряжении, при котором токи в обмотках не превышают номинальные, называют испытательным. Обычно опыт короткого замыкания проводят при таком напряжении короткого замыкания , при котором токи в обмотках равны номинальным. Это напряжение обычно не превышает 10,5 % от номинального.

1.4. Уравнения напряжений трансформатора

При гармонически изменяющемся первичном напряжении и пренебрежении потерями холостого хода можно считать

. Главный магнитный потоки ЭДСсвязаны законом электромагнитной индукции. Следовательно магнитный поток:

, где амплитуда магнитного потока:

. Отсюда действующее значения ЭДС в первичной обмотке по заданной амплитуде магнитного потока:

, или. Аналогично действующее значение ЭДС во вторичной обмотке:

, или.

Магнитный поток отстает по фазе на уголот напряженияи, а также опережает ЭДСина угол.

Рис. 1.2. Магнитные потоки в однофазном трансформаторе.

Токи ив обмотках трансформатора помимо основного магнитного потокасоздают магнитные потоки рассеяния первичнойи вторичнойобмоток (рис. 1.2), каждый из которых сцеплен с витками только собственной обмотки и индуцирует в ней ЭДС рассеяния:

и, гдеи– индуктивные сопротивления рассеяния первичной и вторичной обмоток соответственно;ииндуктивности рассеяния. Магнитные потоки рассеяния замыкаются главным образом в немагнитной среде (воздух, масло, медь), магнитная проницаемость которой постоянна, поэтому индуктивности рассеянияитакже можно считать постоянными.

Уравнение напряжений для первичной обмотки трансформатора, включенной в сеть с напряжением :

, подставив ЭДС рассеянияи считая:

.

Пренебрегая падениями напряжений в обмотках трансформатора:

. Поскольку первичное напряжение сетипостоянно, ЭДСтакже можно считать постоянной, поэтомуглавный магнитный поток трансформатора практически не изменяется при нагрузке, не превышающей номинальную:

.

Уравнение ЭДС взаимной индукции

, где– сопротивление взаимной индукции трансформатора.

Форма тока холостого хода. При синусоидальном первичном напряжении ток холостого ходаизменяется во времени несинусоидально вследствие нелинейности кривой намагничивания стали магнитопровда. Поэтому при составления уравнений трансформатора в комплексной форме реальный токзаменяют эквивалентным по реактивной мощности синусоидальным током, действующее значение которого в комплексной форме обозначается.

Уравнение напряжений для вторичной обмотки трансформатора составлено аналогично:

или.

Уравнение напряжений для нагрузки, представленной в виде комплексного сопротивления

или, где– ток нагрузки, находящийся в противофазе с током вторичной обмотки трансформатора:

.