4.3. Рабочий режим

К первичной обмотке трансформатора (см. рис. 4.4) подводится номинальное напряжение U_1Н, а ко вторичной обмотке подключается сопротивление нагрузки Z_нагр. При номинальной нагрузке I₂ = I_2Н, напряжение

U₂ = U_2Н, а по первичной цепи протекает номинальный ток I_1Н.

Рис. 4.4. Схема испытания трансформатора под нагрузкой

Рис. 4.5. Векторная диаграмма режима нагрузки трансформатора

Рабочий режим трансформатора наглядно иллюстрируется векторной диаграммой (рис. 4.5). Построение векторной диаграммы начинаем с вектора магнитного потока . Под углом _δ откладываем вектор тока холостого хода . Э.д.с. первичнойи вторичной обмоткиотстают от вектора на 90°. Ток во вторичной цепи отстает от э.д.с. на уголψ₂, значение которого определяется соотношением активного и реактивного сопротивлений вторичной цепи. Согласно уравнению электрического равновесия вторичной цепи напряжение

.

Вектор параллелен вектору(совпадает с ним по фазе). Уголφ₂ соответствует активно-индуктивной нагрузке. К вектору пристраиваем вектор приведенного вторичного тока, который параллелен вектору.

Складывая векторы и получаем вектор тока первичной обмотки . Согласно уравнению первичной обмотки трансформатора напряжение

.

Угол φ₁ – угол сдвига по фазе между векторами и .

С увеличением тока вторичной обмотки напряжениепри активной и активно-индуктивной нагрузке уменьшается вследствие увеличения падения напряжения. Причем при активно-индуктивной нагрузке напряжение снижается в большей степени, чем при активной нагрузке. При активно-емкостной нагрузке напряжение увеличивается. Зависимость напряжения U₂ от тока нагрузки I₂ называется внешней характеристикой трансформатора (рис. 4.6). Изменение напряжения незначительно, составляет (1÷2)% U_2Н.

Рис. 4.6. Внешние характеристики трансформатора:

1 – при активно-индуктивной нагрузке; 2 – при активной нагрузке;

3 – при активно-емкостной нагрузке

4.4. Режим короткого замыкания

Различают аварийное короткое замыкание и опытное короткое замыкание. Аварийное короткое замыкание происходит при замыкании вторичной обмотки работающего в номинальном режиме (или близком к нему) трансформатора. Токи, протекающие по первичной и вторичной обмоткам, в несколько раз превышают номинальные, и автоматические выключатели отключают трансформатор от сети.

Рис. 4.7. Схема опыта короткого замыкания

Опытное короткое замыкание проводится для определения напряжения короткого замыкания и потерь в меди (обмотках) трансформатора. На первичную обмотку трансформатора подается пониженное напряжение U_К = =(4,5÷10,5)%U_1Н до установления номинальных токов в обмотках (рис. 4.7). Ваттметр измеряет мощность потерь в меди

∆Р_м = I₁²R₁ + I₂²R₂,

где: R₁ и R₂ – сопротивления первичной и вторичной обмоток;

I₁ и I₂ – токи, проходящие по первичной и вторичной обмоткам.

4.5. Коэффициент полезного действия трансформатора

Подводимая к трансформатору мощность P₁ = U₁I₁cosφ₁ полезная мощность, потребляемая нагрузкой P₂ = U₂I₂cosφ₂. Отношение этих мощностей называют коэффициентом полезного действия трансформатора

.

Последняя формула справедлива для режима номинальной нагрузки трансформатора. Так как потери в меди (обмотках) трансформатора зависят от нагрузки, то для остальных режимов работы пользуются следующей формулой:

,

где номинальная полная мощность S_Н = U_1Н · I_1Н или, пренебрегая потерями в трансформаторе, S_Н ≈ U_2Н · I_2Н; – коэффициент нагрузки (загрузки) трансформатора.

Коэффициент полезного действия трансформаторов достигает (98-99,5)%.

Номинальные величины – S_Н, I_1Н, I_2Н, U_1Н, U_2Н, cosφ_Н указываются на щитке трансформатора, I₁₀, ∆Р_ст, U_к, ∆Р_м указаны в паспорте или на щитке трансформатора.