6.2. Режимы работы трансформатора.

6.2.1. Режим холостого хода.

В этом режиме на первичную обмотку существует номинальное напряжение U ₁ ≈ E_1, а цепь вторичной обмотки разомкнута, т.е. U₂ = E₂ .

I_{1 х.х.}

U₁ = E₁ U₂ = E₂

В этом режиме ток холостого хода I_{1 х.х.} в первичной обмотке мал, но достаточен для создания магнитного потока. Ток вторичной цепи I₂ = 0. Таким образом можно считать, что холостой ход позволяет более точно определить значение э.д.с. первичной и вторичной цепи, а следовательно и коэффициент трансформации трансформатора

k = Е₁ / Е_{2 .}

При холостом ходе трансформатор не совершает полезной работы , поэтому вся подведенная мощность затрачивается только на покрытие потерь холостого хода, которые состоят из потерь в первичной обмотке (малы т.к. ток первичной обмотки мал) и основных потерь в стали, возникающих при пересечении магнитными силовыми линиями сердечника. Эти потери зависят от величины магнитного потока. Таким образом, режим холостого хода позволяет наиболее точно определить коэффициент трансформации трансформатора и потери в стали (Р_ст), необходимые для расчета коэффициента полезного действия (к.п.д.) трансформатора.

6.2.2. Режим короткого замыкания.

Короткое замыкание возникает в электрических установках в следствии каких-либо неисправностей в сетях. Для трансформаторов этот режим опасен, т.к. возникают большие токи

I_{1 ном.} I_{2 ном.}

U_{1 к.з.}

Чтобы ограничить ток при испытании трансформатора, напряжение , подводимое к нему должно быть уменьшено до U_{1 к.з.} , при котором токи в обмотках равны номинальным I_{1 ном} и I _{2 ном}.

Так как напряжение подано пониженное, то и потери в сердечнике (Р_ст) не значительны. В тоже время ток в обмотках номинальный, а это значит и потери в них номинальные. Обмотка выполнена из медного провода, поэтому потери называют потерями в меди (Р_м). Таким образом в результате опыта короткого замыкания наиболее точно определяют потери в меди, необходимые при расчете к.п.д.

6.2.3. Режим нагруженного трансформатора.

I_{1 ном. Е} I _{2 ном} Z_н

U_{1 ном.} Е₁ Е₂ U_{2 ном}

В этом режиме к зажимам вторичной обмотки присоединяется нагрузка сопротивлением Z_н и во вторичной цепи протекает ток I _{2 ном}. Напряжение на нагрузке определится U₂ = U_н = Е₂ – I₂ r ₂ , где

r ₂ - внутреннее сопротивление вторичной обмотки трансформатора.

Исходя из режимов работы однофазного трансформатора определяется коэффициент полезного действия – отношение отдаваемой мощности к подводимой.

ή = (Р₂ / P₁ ) 100%

P₁ =I₁ U₁ cos φ₁ - мощность подводимая к трансформатору (первичная активная мощность)

P₂ =I₂ U₂ cos φ₂ – мощность отдаваемая трансформатором (вторичная активная мощность)

Мощность, отдаваемая трансформатором, всегда меньше подводимой мощности. Разность между подводимой и отдаваемой мощностями представляет собой мощность потерь ΔР. Потери в трансформаторе состоят из потерь в меди обмоток Р_м и потерь в стали сердечника Р_ст .

ΔР = Р_м + Р_ст = Р₁ – Р₂.

η = (Р₂ / P₂ + Р_м + Р_ст ) 100%