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 I ₀, 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 I ₀ 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 R ₁ 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 I ₁ и I ₂, называют напряжением короткого замыкания и обозначают U _к. Зная величину U _к, очень просто определить ток короткого замыкания к обмотке высшего напряжения:

I _1к = I ₁ · U ₁ / 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

I ₀ = I _нам + I _а.

Поскольку активная составляющая тока холостого хода I _а на порядок меньше тока намагничивания I _нам, то можно принять, что:

I ₀ = 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

Р ₀ = Р _м + I ₀² · R ₁

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

Р _нагр = I ₁² · R ₁ + I ₂² · R ₂

напротив, зависят от тока нагрузки, однако, кроме токов I ₁ и I ₂, в обмотках высшего и низшего напряжений, а также в стальных частях трансформатора имеются другие токи (вихревые, циркулирующие), которые вызывают дополнительные потери. Мощность Р ₁, получаемая из сети, расходуется на полезную Р ₂, передаваемую в сеть потребителя, и на суммарные потери Р _пот (холостого хода, нагрузочные, добавочные) Р ₁ = Р ₂ + Р _пот.