Режими роботи трансформаторів

Розглядають три режими роботи трансформаторів: неробочий (ненавантажений); робочий (навантажувальний) режим; режим короткого замикання.

У неробочому режимі трансформатор первинною обмоткою приєднаний до мережі живлення з напругою U₁, а вторинна обмотка відокремлена від електроприймача. У такому режимі струм проходить тільки по первинній обмотці, індукована ЕРС Е₁ дорівнює напрузі мережі U₁ , а напруга вторинної обмотки U₂ дорівнює ЕРС Е_2, індукованій у вторинній обмотці. Коефіцієнт трансформації можна обчислити за відношенням ЕРС обмоток чи напруг на обмотках у неробочому режимі:

К = w₁/w₂= Е₁/Е₂ = U₁/ U₂ .

На практиці цю залежність використовують для визначення кількості витків обмоток методом додаткової обмотки. Суть цього методу полягає у тому, що поверх будь-якої з обмоток намотують додаткову обмотку з відомою кількістю витків w_дод і вимірюють напруги U₁, U₂ і U_дод. Зі співвідношеннь U₁/ U_дод= w₁/w_дод та Е₁/Е₂ = w₁/w₂= U₁/ U₂ визначають невідомі кількості витків обмоток.

Якщо струм проходить по обох обмотках (І₁ та І₂) і струм І₂ замикається через опір навантаження, то такий режим називають робочим або режимом навантаження. Залежність напруги U₂ на виводах вторинної обмотки трансформатора від струму навантаження І₂ називається зовнішньою вольт-амперною характеристикою трансформатора. Внаслідок спаду напруги на опорах обмоток трансформатора напруга вторинної обмотки зменшується зі збільшенням струму навантаження. Величину напруги ΔU₂, на яку зменшується напруга вторинної обмотки часом подають у відсотках:

,

де U₂₀ – напруга у неробочому режимі на вторинній обмотці трансформатора; U₂ – виміряне чи розраховане значення напруги вторинної обмотки у режимі навантаження .

У сучасних силових трансформаторах значення ΔU₂ складає 2 – 4 %. Струми навантаження силових трансформаторів можуть змінюватися у межах від 0 до номінального - І_Н .

У трансформаторах спеціального призначення, наприклад зварювальних, певними засобами збільшують потоки розсіяння, тому й значення ΔU₂ може бути значно більшим. Їх струми навантаження близькі за значенням до струмів короткого замикання. Кратність струму короткого замикання І_КЗ/ І_Н може бутиу межах 1,5 – 1,2. Тому такі трансформатори працюють на спадній ділянці зовнішньої характеристики.

Зважаючи, що у трансформаторі втрати потужності незначні, то можна записати S₁=S₂, або U₁I₁=U₂I₂. Звідси випливають такі співвідношення:

К ≈ U₁/U₂ = І₂/І₁.

Режим короткого замикання – це аварійний для трансформатора режим, який виникає внаслідок з’єднання між собою виводів вторинної обмотки. Такий режим можна кваліфікувати як режим навантаження з нульовим значенням опору навантаження. У цьому режимі струми обмоток значно перевищують їх значення у нормальному режимі навантаження.

Для вимірювання електричних параметрів трансформатора влаштовують досліди неробочого ходу, короткого замикання та навантаження. Досліди проводять, змінюючи напругу живлення трансформатора від нуля до необхідного значення, тому параметри режиму у дослідах (на відміну від таких у режимах неробочого ходу, навантажувальному та у режимі короткого замикання) є контрольованими і не досягають небезпечних для трансформатора значень.