Режимы работы и основные параметры трансформаторов

В рабочем (номинальном) режиме работы трансформатора, пренебрегая падением напряжения в обмотках, принято считать . В этом случае при неизменном по значению номинальном напряжении первичной обмотки при любой нагрузке трансформатора ЭДС Е₁ постоянна.

Расчетные действующие значения ЭДС в первичной и вторичной обмотках

(7.1)

где Ф_m – максимальное значение потока, Вб.

Кроме того, без учета потерь в трансформаторе, можно считать равными мощности трансформатора, потребляемую из сети и отдаваемую потребителю

(7.2)

Тогда коэффициент трансформации трансформатора

(7.3)

ЭТО ВАЖНО. В понижающем трансформаторе в k раз; также в k раз. В повышающем трансформаторе соотношения обратные.

В процессе работы трансформатора часть энергии теряется на покрытие потерь. Потери в трансформаторе разделяются на электрические и магнитные.

Электрические потериР_Э обусловлены нагревом обмоток трансформатора при протекании по этим обмоткам тока. Мощность электрических потерь Р_Э определяется суммой электрических потерь в первичной и вторичной обмотках

(7.4)

где m – число фаз в обмотках трансформатора; r₁ и r₂ – активное сопротивление первичной и вторичной обмоток, Ом.

Электрические потери трансформатора являются переменными, так как их величина зависит от нагрузки трансформатора.

Магнитные потериР_М это потери, в магнитопроводе, обусловленные потерями от гистерезиса и потерями от вихревых токов. Суммарные магнитные потери принято считать пропорциональными частоте тока в степени 1,3, т.е. Р_М = f ^1,3. Величина магнитных потерь зависит также и от величины магнитной индукции в стержнях и ярмах магнитопровода (Р_М º В²). При неизменном первичном напряжении магнитные потери в трансформаторе имеют постоянное значение, т.е. не зависят от нагрузки трансформатора.

Суммарные потери в трансформаторе

(7.5)

В режиме холостого хода трансформатора цепь его вторичной обмотки разомкнута, а к первичной обмотке подведено номинальное напряжение, в которой протекает небольшой ток холостого хода I_о.

ЭТО ВАЖНО. В режиме холостого хода с помощью электроизмерительных приборов определяют коэффициент трансформации (7.3) и мощность потерь в магнитопроводе трансформатора Р_М.

В режиме короткого замыкания (КЗ) трансформатора вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко. Следует различать КЗ в условиях эксплуатации и опыта.

ЭТО ВАЖНО. В эксплуатационных условиях КЗ – аварийный режим, при котором в трансформаторе выделяется большое количество теплоты, и создаются большие механические усилия, способные его разрушить. Опыт же КЗ проводится при таком первичном напряжении, чтобы значения токов I₁ и I₂ обмоток трансформатора были номинальными. Опыт КЗ проводится с целью, определения электрических потерь Р_Э в обмотках трансформатора.

Расчетное значение КПД трансформатора

(7.6)

где b - коэффициент нагрузки трансформатора, определяется по формуле

(7.7)

S_Н – номинальная, полная мощность трансформатора; cosj₂ - коэффициент мощности потребителя; Р_М – потери в магнитопроводе трансформатора (потери холостого хода); Р_Э – потери в обмотках трансформатора (потери короткого замыкания).