Основные уравнения трансформатора в рабочем режиме. Схема замещения.

Схема замещения трансформатора представляет собой сочетание двух схем замещения — первичной и вторичной обмоток, которые соединены между собой в точках а и б. В цепи первичной обмотки включены сопротивления R₁ и Х₁ , а в цепи вторичной обмотки — сопротивления R'₂ в Х'₂.Участок схемы замещения между точками а и б, по которому проходит ток I₀, называютнамагничивающим контуром. На вход схемы замещения подают напряжение Ú₁, к выходу ее подключают переменное сопротивление нагрузкиZ'_н, к которому приложено напряжение — Ú'₂.
Сопротивления Z'_н (и его составляющие R'₂ = R₂k² и Х'₂ = Х₂k²), а также Z'_н, называют соответственно сопротивлениями вторичной обмотки и нагрузки, приведенными к первичной обмотке. Аналогично приведенными называют значения ЭДС и тока: Е'₂ = kE₂ = E₁; I'₂= I₂/k.
Полная мощность приведенного контура вторичной обмотки в схеме замещения равна мощности вторичной обмотки реального трансформатора: I'₂Е'₂ = (I₂/k)E₂k = I₂E₂, а мощность электрических потерь в приведенном вторичном контуре этой схемы равна мощности потерь во вторичной обмотке реального трансформатора: I'₂²R'₂ = (I₂/k)²R₂k² = I₂²R₂. Уравнения идеального трансформатора. Идеальный трансформатор — трансформатор, у которого отсутствуют потери энергии на нагрев обмоток и потоки рассеяния обмоток[14]. В идеальном трансформаторе все силовые линии проходят через все витки обеих обмоток, и поскольку изменяющееся магнитное поле порождает одну и ту же ЭДС в каждом витке, суммарная ЭДС, индуцируемая в обмотке, пропорциональна полному числу её витков[15]. Такой трансформатор всю поступающую энергию из первичной цепи трансформирует в магнитное поле и, затем, в энергию вторичной цепи. В этом случае поступающая энергия равна преобразованной энергии: Где: P1 — мгновенное значение поступающей на трансформатор мощности, поступающей из первичной цепи, P2 — мгновенное значение преобразованной трансформатором мощности, поступающей во вторичную цепь. Соединив это уравнение с отношением напряжений на концах обмоток, получим уравнение идеального трансформатора: . Таким образом получаем, что при увеличении напряжения на концах вторичной обмотки U2, уменьшается ток вторичной цепи I2. Для преобразования сопротивления одной цепи к сопротивлению другой, нужно умножить величину на квадрат отношения.[16] Например, сопротивление Z2 подключено к концам вторичной обмотки, его приведённое значение к первичной цепи будет . Данное правило справедливо также и для вторичной цепи: .

23) Режимы работы трансформатора. Схемы замещения трансформатора при различных режимах работы. Векторная диаграмма трансформатора.

Режим холостого хода. При разомкнутой вторичной обмотке трансформатор работает в режиме холостого хода.

Нагрузочный режим. При подключении нагрузки Z_H к вторичной обмотке трансформатора начинает отдавать нагрузке некоторую мощность

Короткое замыкание. Если короткое замыкание происходит в процессе эксплуатации трансформатора при номинальном напряжении, то в обеих обмотках возникают большие токи, превышающие номинальное значение в 10—20 раз, при этом повышается температура обмоток и на них действуют большие электромагнитные силы. Такое замыкание является аварийным и требует специальной защиты, которая должна отключить трансформатор в течение долей секунды. Для построения полной схемы замещения трансформатора необходимо магнитную связь между первичной и вторичной обмоткой заменить эквивалентной эл. связью. Это можно сделать если Е(1)=Е(2) или n(1)=n(2) или m=1.Поскольку обычно m не =1, то реальный трансформатор условно заменяют эквивалентным, обмотки которого имеют одинаковое число витков n(1), т.е n(2)(‘)=n(1).Эквивалентный трансформатор, у которого n(2)(‘)=n(1) называют приведённым.Указанная замена будет эквивалентной, если все энергетические и эл. магнитные соотношения в обоих трансформаторах будут одинаковы.Приведённые величины вторичной обмотки имеют теже буквенные обозначения и дополняются штрихом. U(2)(‘); I(2)(‘)…