Различают несколько режимов работы трансформатора:

1) номинальный режим работы – при номинальных значениях напряжения  и тока  первичной обмотки трансформатора;

2) рабочий режим, при котором напряжение первичной обмотки близко к номинальному , а ток I ₁ определяется нагрузкой трансформатора;

3) режим холостого хода – режим ненагруженного трансформатора, при котором цепь вторичной обмотки разомкнута (I ₂ =0) или подключена к приемнику с очень большим сопротивлением нагрузки (вольтметр);

4) режим короткого замыкания – режим трансформатора, при котором его вторичная обмотка замкнута накоротко (U ₂ =0) или подключена к приемнику с очень малым сопротивлением нагрузки (амперметр).

Режимы холостого хода и короткого замыкания возникают при авариях или их специально создают при опытных испытаниях трансформатора.

Режим нагрузки

В этом режиме напряжение первичной обмотки близко к номинальному , ток первичной обмотки I ₁ определяется нагрузкой трансформатора, а ток вторичной обмотки ее номинальным током .

По данным измерений аналитически определяют коэффициенты мощности и полезного действия трансформатора соответственно по формулам

  и ,                       (21)

где Р₁ – активная мощность первичной обмотки трансформатора, а мощность Р₂, которая отдается в цепь питания вторичной обмоткой трансформатора определяется как Р₂=Р₁ - Р_ХХ -Р_КЗ.

    Изменением (потерей) напряжения трансформатора называется арифметическая разность между вторичным напряжением трансформатора при холостом ходе и напряжением вторичной обмотки в режиме нагрузки

∆ U = U _2ХХ - U ₂ .

Или в процентном выражении ∆U ,%= .                         (22)

Опыт холостого хода

Для проведения опыта собирают электрическую цепь, в которой подводимое к первичной обмотке трансформатора напряжение изменяют в пределах от 0 до 1,1 . Вторичная обмотка разомкнута, к ее зажимам присоединен вольтметр для измерения напряжения . Со стороны первичной обмотки измеряют напряжение , ток холостого хода  и мощность, которую потребляет трансформатор в режиме холостого хода .

По данным измерений можно построить зависимости  и  (рисунок 16).

Номинальные величины тока холостого хода и потерь мощности указываются в паспортных данных трансформатора (I_XX в процентах от номинального тока первичной обмотки, а потери холостого хода – в киловаттах). Значение этих параметров характеризует качество стали и сборки магнитопровода. В трансформаторах малой мощности I _ХХ ≤10% I _1НОМ , а у трансформаторов большой мощности он уменьшается до (2,5-3)%.

Рисунок 16 – Характеристики холостого хода

На основании этого опыта по показаниям измерительных приборов определяют коэффициент трансформации  и мощности потерь в магнитопроводе трансформатора. Так как при холостом ходе ток , то потери мощности, затрачиваемые на нагрев обмоток, малы. Мощность Р_ХХ, потребляемая в этом случае трансформатором идет на покрытие потерь в стали магнитопровода (они пропорциональны квадрату напряжения ).

Коэффициент мощности холостого хода трансформатора определяется

.                                       (23)

Опыт короткого замыкания

В режиме короткого замыкания витки вторичной обмотки замкнуты токопроводом с сопротивлением Z_Н =0. В условиях эксплуатации – это аварийный режим, когда токи первичной и вторичной обмоток увеличиваются в десятки раз по сравнению с .

В лабораторных условиях проводят испытательное короткое замыкание, при котором накоротко замыкают вторичные обмотки. К первичной обмотке подводят такое напряжение , при котором ток вторичной обмотки не превышает номинального тока . Выраженное в процентах напряжение короткого замыкания – называют напряжением короткого замыкания и указывают в паспортных данных трансформатора:   

.                                     (24)

Напряжение короткого замыкания зависит от высшего напряжения  (ВН) обмоток трансформатора: с повышением ВН напряжение короткого замыкания увеличивается.

Так как в режиме короткого замыкания , то потери холостого хода в стали магнитопровода малы. Измеряемая ваттметром в этом режиме мощность – это потери мощности  в проводах первичной и вторичной обмоток. При токе  получаем номинальные потери мощности на нагрев обмоток, которые называют электрическими потерями или потерями короткого замыкания.

По показания приборов строят характеристики короткого замыкания, которые представляют собой зависимости тока , мощности  и cosφ от напряжения (рисунок 17). Расчет коэффициента трансформации в опыте короткого замыкания определяется отношением токов в первичной и вторичной цепях . А коэффициент мощности трансформатора определяется по формуле                         .                                    (25)

Рисунок 17 – Характеристики короткого замыкания

Аппаратура и материалы

Для выполнения работы необходимы лабораторные стенды «Электротехника», включающие в себя:

– встроенный однофазный понижающий трансформатор с номинальным параметрами по напряжению 220/127 В и полной мощностью 270 ВА;

– реостат;

– измерительные приборы (амперметры и вольтметры переменного тока, переносной ваттметр).