Режимы работы трансформаторов

Режимом холостого хода трансформатора называют режим работы при питании обмоток высшего напряжения от источника с переменным напряжением при разомкнутых цепях других обмоток, когда питаемые от его обмоток низшего и среднего напряжений нагрузки не включены. По обмотке высшего напряжения протекает ток холостого хода I₀, в тоже время в обмотке низшего напряжения тока нет, так как ее цепь разомкнута. Ток холостого хода обмотки высшего напряжения создает в магнитопроводе синусоидально изменяющийся магнитный поток Ф₀, который из-за магнитных потерь отстает по фазе от тока I₀ на угол потерь δ. Хотя ток в обмотке низшего напряжения отсутствует, на ее зажимах наводится ЭДС. Отношение ЭДС обмоток высшего и низшего напряжений пропорционально отношению их числа витков, которое называют коэффициентом трансформации. Для поддержания неизменным тока холостого хода подводимое напряжение расходуется не только на преодоление активного сопротивления R₁ обмотки высшего напряжения, но и на создание ЭДС самоиндукции основного магнитного потока, потока рассеяния. ЭДС самоиндукции направлена противоположно к подводимому высшему напряжению.

В режиме нагрузки обмотка низшего и среднего напряжений, если она имеется, включаются на сопротивление приемников. Когда выводы обмотки низшего напряжения соединены друг с другом, а на обмотку высшего напряжения подано полное напряжение сети, то дело имеют с режимом короткого замыкания. Опыт короткого замыкания проводят при пониженном напряжении на приемо-сдаточных испытаниях трансформатора. Напряжение, которое надо приложить к одной из обмоток (при другой короткозамкнутой), чтобы в обмотках установились номинальные токи I₁ и I₂, называют напряжением короткого замыкания и обозначают U_к. Зная величину U_к, очень просто определить ток короткого замыкания к обмотке высшего напряжения:

I_1к = I₁ · U₁ / U_к.

Потоки рассеяния оценивают реактивной составляющей напряжения короткого замыкания U_pк. Реактивную мощность рассеяния тогда рассчитывают по формуле:

Q_рс = U_рк / 100 · S_н · γ².

В последней формуле γ – коэффициент загрузки трансформатора.

В режиме ХХ ток холостого хода

I₀ = I_нам + I_а.

Поскольку активная составляющая тока холостого хода I_а на порядок меньше тока намагничивания I_нам, то можно принять, что:

I₀ = I_нам.

Реактивная мощность трансформатора состоит из реактивной (намагничивающей) мощности Q_нам холостого хода, не зависящей от нагрузки, и реактивной мощности, обусловленной потоками рассеяния и нагрузкой трансформатора

Q = S_ном / 100 · (I_ном + U_рк · γ).

Потери активной мощности в режиме холостого хода трансформатора

Р₀ = Р_м + I₀² · R₁

при номинальных высшем напряжении и частоте постоянны и не зависят от нагрузки, в режиме же нагрузки потери активной мощности в обмотках трансформатора

Р_нагр = I₁² · R₁ + I₂² · R₂

напротив, зависят от тока нагрузки, однако, кроме токов I₁ и I₂, в обмотках высшего и низшего напряжений, а также в стальных частях трансформатора имеются другие токи (вихревые, циркулирующие), которые вызывают дополнительные потери. Мощность Р₁, получаемая из сети, расходуется на полезную Р₂, передаваемую в сеть потребителя, и на суммарные потери Р_пот (холостого хода, нагрузочные, добавочные) Р₁ = Р₂ + Р_пот.