Тепловой расчет трансформатора производится по методу электротепловых аналогий. В этом методе используется формальная аналогия между процессами переноса тепла и электричества. При этом распределенные тепловые параметры трансформатора моделируются сосредоточенными электрическими параметрами, распределенные источники тепла — сосредоточенными источниками электрических потерь и распределенные тепловые сопротивления — сосредоточенными активными сопротивлениями. Затем составляется электрическая схема, моделирующая процессы теплопередачи в трансформаторе.

Для такой схемы на основании законов Кирхгофа можно составить систему алгебраических уравнений, при решении которой устанавливается связь между потенциалами (температурами нагрева), токами (тепловыми потоками) и сопротивлениями (тепловыми сопротивлениями) для узловых точек схемы (катушки и сердечника).

Для определения максимального превышения температуры катушки и максимального значения среднеобъемной температуры обмотки можно использовать тепловые схемы, изображенные на рис. 13.

На этом рисунке приняты следующие обозначения:

Рм — тепловой поток, мощность которого равна электрическим потерям в обмотке (потерям в меди);

Рст — тепловой поток, мощность которого равна магнитным потерям в стали сердечника;

Р′м, Р″м, Р′ст — тепловые потоки в ветвях схемы замещения:

Rм — тепловое сопротивление катушки собственному потоку потерь;

х — тепловое сопротивление катушки для потока, идущего от максимально нагретой области до гильзы, величина которого зависит от проходящего через него потока;

Rr — тепловое сопротивление гильзы;

Так как на практике тепловые сопротивления сердечника собственному и проходящему тепловым потокам значительно меньше , то они в расчете не учитываются.

Когда максимально нагретая область трансформатора находится внутри катушки — наиболее часто встречающийся случай (рис. 13) — тепловой поток (Рм), создаваемый катушкой, распадается на две составляющие и проходит в окружающую среду по двум путям: одна составляющая (Рм – Р′м) идет только через часть катушки, преодолевая сопротивления Rм – х и R°, другая составляющая (Р′м) проходит через другую часть катушки, гильзу, далее через сердечник и преодолевает при этом сопротивления х, Rr и .

Рис. 13. Расчетные тепловые схемы замещения трансформатора при расположении максимально нагретой области внутри катушки (тепловой ноток направлен от катушки к сердечнику)