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 Фm – 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 потериРЭ обусловлены нагревом обмоток трансформатора при протекании по этим обмоткам тока. Мощность электрических потерь РЭ 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 потериРМ 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. РМ = f 1,3. Величина магнитных потерь зависит также и от величины магнитной индукции в стержнях и ярмах магнитопровода (РМ 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 Iо.
ЭТО ВАЖНО. В режиме холостого хода с помощью электроизмерительных приборов определяют коэффициент трансформации (7.3) и мощность потерь в магнитопроводе трансформатора РМ.
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 РЭ в обмотках трансформатора.
Расчетное значение КПД трансформатора
(7.6)
где b - коэффициент нагрузки трансформатора, определяется по формуле
(7.7)
SН – номинальная, полная мощность трансформатора; cosj2 - коэффициент мощности потребителя; РМ – потери в магнитопроводе трансформатора (потери холостого хода); РЭ – потери в обмотках трансформатора (потери короткого замыкания).