2. Нагрузочный режим трансформатора

Под нагрузочным режимом трансформатора понимают такой режим работы, когда вторичная обмотка замкнута на нагрузку z_н и по ней протекает ток.

Уравнения электрического состояния для первичной и вторичной цепей нагруженного трансформатора на основании второго закона Кирхгофа соответственно будут иметь вид

(11.10)

(11.11)

где R₂ – активное сопротивление вторичной обмотки;

Х_σ2 – реактивное сопротивление вторичной обмотки.

Из выражения (11.8) с учетом (11.4) следует, что при неизменном значении действующего напряжения амплитуда потока Ф_m в магнитопроводе также неизменна

. (11.12)

Магнитодвижущая сила (МДС) первичной обмотки трансформатора при холостом ходе w₁I₁₀ должна быть равна сумме МДС обеих обмоток при нагрузке

(11.13)

После преобразования (11.13) получим

(11.14)

где – называют током вторичной обмотки, приведенным

к числу витков первичной обмотки.

Ток первичной обмотки имеет две составляющие: составляющая тока первичной обмотки , создающая магнитный поток в трансформаторе при холостом ходе, неизменна, а вторая составляющая тока зависит от нагрузки. Следовательно, зависит от нагрузки и ток .

Основной характеристикой трансформатора является зависимость U₂ = f(I₂) при U₁=const, называемая внешней характеристикой. Она показывает изменение напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора вследствие падения напряжения на сопротивлениях обмоток трансформатора от тока нагрузки.

Свойства трансформатора определяют его рабочие характеристики, представляющие зависимость первичного тока , выходного напряжения U₂, КПД и коэффициента мощности cos  от тока нагрузки. Эти характеристики строятся по опытным данным или расчетным путем на основе схемы замещения трансформатора (рис. 11.5).

Параметры схемы замещения определяют из опытов холостого хода и короткого замыкания.

Рис. 11.5

На схеме замещения параметры вторичной цепи «приводятся» к первичной в соответствии с выражениями:

; ; ; Z_н = k²Z_н; R₂ = k²R₂ ; X₂ = k²X₂.

Параметры намагничивающей ветви схемы замещения R₀ и X₀ определяются по результатам опыта ХХ.

2.3. Опыт короткого замыкания

Различают режим аварийного короткого замыкания и опыт короткого замыкания вторичной обмотки трансформатора.

Короткое замыкание вторичной обмотки, происходящее при номинальном напряжении, является аварийным режимом и требует немедленного отключения трансформатора от сети.

Под опытом короткого замыкания (КЗ) трансформатора понимается такой режим, при котором его вторичная обмотка замкнута накоротко, а к первичной обмотке подводится такое пониженное напряжение, называемое напряжением короткого замыкания U_1к, при котором в обмотках протекают номинальные токи I_1н и I_2н.

Опыт короткого замыкания проводится для определения напряжения U_1к, величины электрических потерь в обмотках ΔP_обм, параметров схемы замещения

R_к = R₁ + R₂, X_к = Х_σ1 + X_σ2.

Мощность, измеряемая в первичной цепи в режиме короткого замыкания, в основном определяется номинальными электрическими потерями на нагрев обмоток трансформатора

ΔР_обм ≈ Р_к..

Поскольку U_1к мало, то мал и рабочий магнитный поток, пропорциональный этому напряжению Ф_m = U_1к/(4,44fw₁), поэтому мощностью потерь в стали ΔР_ст, зависящей от величины магнитного потока, можно пренебречь.