اصل عملکرد ترانسفورماتور. هدف و دستگاه ترانسفورماتورهای قدرت

تبدیل کنندهیک دستگاه الکترومغناطیسی ساکن با دو (یا بیشتر) سیم پیچ است که اغلب برای تبدیل طراحی شده است جریان متناوبیک ولتاژ به جریان متناوب ولتاژ دیگر تبدیل می شود. تبدیل انرژی در ترانسفورماتور توسط یک میدان مغناطیسی متناوب انجام می شود. ترانسفورماتورها به طور گسترده ای در انتقال استفاده می شوند انرژی الکتریکیبر مسافت های طولانیتوزیع آن بین گیرنده ها و همچنین در دستگاه های مختلف تصحیح، تقویت کننده، سیگنالینگ و سایر دستگاه ها.

هنگام انتقال انرژی الکتریکی از نیروگاه به مصرف کنندگان، قدرت جریان در خط باعث اتلاف انرژی در این خط و مصرف فلزات غیرآهنی برای دستگاه آن می شود. اگر با همان توان ارسالی، ولتاژ افزایش یابد، قدرت جریان به همان میزان کاهش می یابد و بنابراین می توان از سیم هایی با سطح مقطع کمتر استفاده کرد. این امر باعث کاهش مصرف فلزات غیرآهنی در هنگام نصب خط برق و کاهش تلفات انرژی در آن می شود.

انرژی الکتریکی در نیروگاه ها تولید می شود ژنراتورهای سنکروندر ولتاژ 11-20 کیلو ولت؛ در برخی موارد از ولتاژ 30-35 کیلوولت استفاده می شود. اگرچه چنین ولتاژهایی برای استفاده مستقیم در تولید و کاربردهای خانگی بسیار بالا هستند، اما برای انتقال اقتصادی برق در فواصل طولانی کافی نیستند. افزایش بیشتر ولتاژ در خطوط برق (تا 750 کیلو ولت یا بیشتر) توسط ترانسفورماتورهای افزایش دهنده انجام می شود.

گیرنده های انرژی الکتریکی (لامپ های رشته ای، موتورهای الکتریکی و غیره) به دلایل ایمنی به ولتاژ کمتری (110-380 ولت) متکی هستند. علاوه بر این، ساخت دستگاه های الکتریکی، ابزار و ماشین آلات برای ولتاژ بالا با مشکلات طراحی قابل توجهی همراه است، زیرا قطعات حامل جریان این دستگاه ها به عایق تقویت شده در ولتاژ بالا نیاز دارند. بنابراین، ولتاژ بالایی که در آن انرژی منتقل می‌شود، نمی‌تواند مستقیماً برای تغذیه گیرنده‌ها استفاده شود و از طریق ترانسفورماتورهای کاهنده به آن‌ها عرضه می‌شود.

انرژی الکتریکی AC در راه از نیروگاه، جایی که تولید می شود، به مصرف کننده باید 3-4 بار تبدیل شود. که در شبکه های توزیعترانسفورماتورهای کاهنده به صورت غیر همزمان و نه با ظرفیت کامل بارگذاری می شوند. بنابراین، مجموع قدرت ترانسفورماتورهای مورد استفاده برای انتقال و توزیع برق 7-8 برابر بیشتر از توان ژنراتورهای نصب شده در نیروگاه ها است.

تبدیل انرژی در ترانسفورماتور توسط یک میدان مغناطیسی متناوب با استفاده از یک مدار مغناطیسی انجام می شود.

ولتاژ سیم پیچ های اولیه و ثانویه معمولاً یکسان نیست. اگر ولتاژ اولیه کمتر از ثانویه باشد، ترانسفورماتور را افزایش می‌دهند، اگر بیشتر از ولتاژ ثانویه باشد، ترانسفورماتور را به سمت پایین می‌گویند. هر ترانسفورماتور را می توان هم به عنوان پله بالا و هم به عنوان پایین آمدن استفاده کرد. ترانسفورماتورهای پله‌آپ برای انتقال برق در فواصل طولانی و ترانسفورماتورهای کاهنده برای توزیع آن بین مصرف‌کنندگان استفاده می‌شوند.

بسته به هدف، ترانسفورماتورهای قدرت، ترانسفورماتورهای ولتاژ اندازه گیری و ترانسفورماتورهای جریان متمایز می شوند.

ترانسفورماتورهای قدرتتبدیل جریان متناوب یک ولتاژ به جریان متناوب ولتاژ دیگر برای تامین برق مصرف کنندگان. بسته به هدف، آنها می توانند بالا یا پایین باشند. در شبکه های توزیع به طور معمول از ترانسفورماتورهای سه فاز دو سیم پیچ کاهنده استفاده می شود که ولتاژ 6 و 10 کیلو ولت را به ولتاژ 0.4 کیلو ولت تبدیل می کند. (انواع اصلی ترانسفورماتورهای TMG، TMZ، TMF، TMB، TME، TMGSO، TM، TMZH، TDTN، TRDN، TSZ، TSZN، TSZGL و غیره.)

ترانسفورماتورهای ولتاژ اندازه گیری- اینها ترانسفورماتورهای میانی هستند که از طریق آنها ابزارهای اندازه گیری در ولتاژ بالا روشن می شوند. به همین دلیل، ابزارهای اندازه گیری از شبکه جدا می شوند که امکان استفاده از ابزارهای استاندارد (با کالیبراسیون مجدد مقیاس آنها) و در نتیجه گسترش حدود ولتاژهای اندازه گیری شده را فراهم می کند.

ترانسفورماتورهای ولتاژ هم برای اندازه گیری ولتاژ، توان، انرژی و برای تامین برق مدارهای اتوماسیون، آلارم ها و حفاظت رله خطوط برق از خطاهای زمین استفاده می شوند.

در برخی موارد، ترانسفورماتورهای ولتاژ را می توان به عنوان ترانسفورماتورهای قدرت کاهنده کم توان یا به عنوان ترانسفورماتورهای آزمایشی افزایش دهنده (برای آزمایش عایق دستگاه های الکتریکی) استفاده کرد.

انواع زیر از ترانسفورماتورهای ولتاژ در بازار روسیه ارائه می شود:

3NOL.06، ZNOLP، ZNOLPM، ZNOL.01PMI، 3xZNOL.06، 3xZNOLP، 3xZNOLPM، NOL.08، NOL.11-6.O5، NOL.12 OM3، ZNOL.06-35 (ZNOL.06-35 (ZNOLE-35,NOLIT-35,NOLIT-35,ZNOL-35,NOLIT-35) , ZNIOL، ZNIOL-10-1، ZNIOL-10-P، ZNIOL-20، ZNIOL-20-P، ZNIOL-35، ZNIOL-35-P، ZNIOL-35-1، NIOL -20، NIOL-35، NOL-SESH -10، NOL-SESH -10-NOL-SESH-NOL-SESH-10-10-10 20, NOL-SESH-35, 3xZNOL-SESH-6, 3xZNOL-SESH-10, NALI-SESH-10, NALI-SESH-6, NTMI 6, NTMI 10, US 6, US 10, US 35, US 110, ZNAMIT1, N, ZNAMIT-6, N, ZNAMIT-6, ZNAMIT-1 OM 35، NKF 110، NKF 150، NKF 220 و دیگران.

برای ترانسفورماتورهای اندازه گیری ولتاژ، سیم پیچ اولیه 3000/√3، 6000/√3، 10000/√3، 13800/√3، 18000/√3، 24000/√3، 27000/√3، 27000/√3، 6000/√0/√0. ، 1100 00/√3، 150000/√3، 220000/√3، 330000/√3، 400000/√3، 500000/√3 و ثانویه 100/√3 یا 130.

ترانسفورماتور جریانیک وسیله کمکی است که در آن جریان ثانویه عملاً با جریان اولیه متناسب است و به گونه ای طراحی شده است که ابزارهای اندازه گیری و رله ها را در مدارهای AC شامل شود.

عرضه شده با کلاس دقت: 0.5; 0.5S; 0.2; 0.2S.

از ترانسفورماتورهای جریان برای تبدیل جریان با هر مقدار و ولتاژ به جریانی استفاده می شود که برای اندازه گیری با ابزارهای استاندارد (5 A)، تغذیه سیم پیچ های رله جریان، دستگاه های قطع کننده و همچنین برای جداسازی دستگاه ها و پرسنل آنها از ولتاژ بالا مناسب است.

مهم! ترانسفورماتورهای جریان اندازه‌گیری با نسبت‌های تبدیل زیر عرضه می‌شوند: 5/5، 10/5، 15/5، 20/5، 30/5، 40/5، 50/5، 75/5، 100/5، 150/5، 200/5، 300/5، 300/5، 300/5، 5/5، 300/5. 5، 1000/ 5، 1500/5، 2000/5، 2500/5، 3000/5، 5000/5، 8000/5، 10000/5.
در بازار روسیه، ترانسفورماتورهای جریان با مدل های زیر نشان داده می شوند:

TOP-0.66، TSHP-0.66، TOP-0.66-I، TSHP-0.66-I، TSHL-0.66، TNShL-0.66، TNSh-0.66، TOL-10، TLO-10، TOL-10-I، TOL-10-1-1-M، TOL-10-1-M، TOL-10، TOL-10-10، TOL-10، TOL-10، TOL-10-10، TOL-10-10، TOL-10، TOL-10، TOL-10، TOL-10-10، TOL-10-10، TOL-10-10، TOL-10-10، TOL-10-0، TOL-0.66 0، TLsh-10، TPL-10-M، TPOL-10، TPOL-10M، TPOL-10 III، TL-10، TL-10-M، TPLC-10، TOLK-6، TOLK-6-1، TOLK-10، TOLK-10-2، TOLK-10-2-10، TOLKOLSH-PL1، TOLK-10-2-10، TOLKOLSH -35، TOL-35، TOL-35-III-IV، TOL-35 II-7.2، TLC-35، تلویزیون، TLC-10، TPL-10S، TLM-10، TSHLP-10، TPK-10، TVLM-10، TVK-10، TVLM-10، TVK-10، TVLM-10، TVK-10، TVLM-5، TLC-3-5، TLC-2-5، TLC-3-5، TLC-10 3، TOL-SESH 10، TOL-SESH-20، TOL-SESH-35، TSHL-SESH 0.66، ترانسفورماتور Ritz، TPL-SESH 10، TZLK(R)-SESH 0.66، TV-SESH-10، TV-SESH-20، TV-SESH-2SE، TSHL-SESH-3SHLSE، TSHL-SESH-35، SH-10 و دیگران.

طبقه بندی ترانسفورماتورهای ولتاژ

ترانسفورماتورهای ولتاژ متفاوت هستند:

الف) با تعداد فازها - تک فاز و سه فاز.
ب) با توجه به تعداد سیم پیچ ها - دو سیم پیچ، سه سیم پیچ، چهار سیم پیچ.
مثال 0.5/0.5S/10P;
ج) با توجه به کلاس دقت، یعنی با توجه به مقادیر خطای مجاز؛
د) با توجه به روش خنک کننده - ترانسفورماتور با خنک کننده روغن (روغن)، با خنک کننده هوای طبیعی (خشک و با عایق ریختگی).
ه) بر اساس نوع نصب - برای نصب در داخل ساختمان، برای نصب در فضای باز و برای تابلو برق کامل (KRU).

برای ولتاژهای تا 6-10 کیلو ولت، ترانسفورماتورهای ولتاژ خشک، یعنی با خنک کننده هوای طبیعی ساخته می شوند. برای ولتاژهای بالای 6-10 کیلو ولت از ترانسفورماتورهای ولتاژ غوطه ور در روغن استفاده می شود.

ترانسفورماتورهای داخلی برای عملکرد در دمای محیط از -40 تا + 45 درجه سانتیگراد با رطوبت نسبی تا 80٪ طراحی شده اند.

که در ترانسفورماتورهای تک فازولتاژ در 6 تا 10 کیلو ولت، عایق ریخته گری عمدتا استفاده می شود. ترانسفورماتورهای رزین ریخته گری به طور کامل یا جزئی (یک سیم پیچ) با یک جرم عایق (رزین اپوکسی) پر می شوند. چنین ترانسفورماتورهایی که برای نصب در داخل ساختمان طراحی شده اند، به خوبی با ترانسفورماتورهای روغن مقایسه می شوند: وزن کمتری دارند و ابعادو تقریباً نیازی به تعمیر و نگهداری ندارد.

ترانسفورماتورهای سه فاز دو سیم پیچولتاژها دارای هسته های مغناطیسی سه میله ای معمولی هستند و ولتاژهای سه سیم پیچ دارای هسته های زرهی تک فاز هستند.
ترانسفورماتور سه فاز سه سیم پیچگروهی از سه واحد تک‌فاز تک‌پل است که سیم‌پیچ‌های آن‌ها طبق طرح مناسب به هم متصل می‌شوند. ترانسفورماتورهای ولتاژ سه فاز سه سیم پیچ سری قدیمی (تا سال 1968-1969) دارای هسته های مغناطیسی زره ​​پوش بودند. یک ترانسفورماتور سه فاز از نظر وزن و ابعاد کوچکتر از یک گروه سه ترانسفورماتور تک فاز است. هنگام کار با یک ترانسفورماتور سه فاز برای ذخیره، باید ترانسفورماتور دیگری با قدرت کامل داشته باشید
در ترانسفورماتورهای روغنی، ماده اصلی عایق و خنک کننده روغن ترانسفورماتور است.

ترانسفورماتور روغنشامل یک مدار مغناطیسی، سیم پیچ، مخزن، یک پوشش با ورودی است. مدار مغناطیسی از ورق های فولاد الکتریکی نورد سرد جدا شده از یکدیگر (برای کاهش تلفات جریان گردابی) مونتاژ می شود. سیم پیچ ها از سیم مسی یا آلومینیومی ساخته می شوند. برای تنظیم ولتاژ، سیم پیچ HV دارای شاخه هایی است که به کلید متصل هستند. دو نوع سوئیچینگ شیر در ترانسفورماتورها ارائه می شود: تحت بار - تپ چنجر روی بار (کنترل روی بار) و بدون بار، پس از قطع شدن ترانسفورماتور از شبکه - PBV (سوئیچینگ بدون تحریک). روش دوم تنظیم ولتاژ رایج ترین است، زیرا ساده ترین است.

علاوه بر ترانسفورماتورهای روغن خنک فوق الذکر (Transformer TM)، ترانسفورماتورهای مهر و موم شده هرمتیک (TMG) تولید می شوند که در آنها روغن با هوا ارتباط برقرار نمی کند و بنابراین اکسیداسیون و رطوبت تسریع شده آن حذف می شود. ترانسفورماتورهای سیلد روغنی کاملاً با روغن ترانسفورماتور پر شده و منبسط کننده ندارند و تغییرات دما در حجم آن در هنگام گرمایش و سرمایش با تغییر حجم موج های دیواره مخزن جبران می شود. این ترانسفورماتورها در خلاء با روغن پر می شوند که باعث افزایش استحکام دی الکتریک عایق آنها می شود.

ترانسفورماتور خشکو همچنین روغن، از یک مدار مغناطیسی، سیم پیچ های HV و LV تشکیل شده است که در یک پوشش محافظ محصور شده است. عامل اصلی عایق و خنک کننده هوای اتمسفر است. با این حال، هوا در مقایسه با روغن ترانسفورماتور، عایق و وسیله خنک کننده کمتری است. بنابراین، در ترانسفورماتورهای خشک، تمام شکاف های عایق و کانال های تهویه بزرگتر از ترانسفورماتورهای روغنی ساخته می شوند.

ترانسفورماتورهای خشک با سیم پیچی با عایق شیشه ای از کلاس مقاومت حرارتی B (TSZ) و همچنین با عایق روی لاک های سیلیکونی کلاس H (TSZK) ساخته می شوند. برای کاهش رطوبت، سیم پیچ ها با لاک های مخصوص آغشته می شوند. استفاده از سیم پیچ های فایبرگلاس یا آزبست به عنوان عایق می تواند به میزان قابل توجهی افزایش یابد دمای عملیاتیسیم پیچ و نصب عملا نسوز دریافت کنید. این خاصیت ترانسفورماتورهای خشک امکان استفاده از آنها را برای نصب در داخل اتاق های خشک در مواردی که اطمینان از ایمنی نصب در برابر آتش عامل تعیین کننده است، میسر می سازد. گاهی اوقات ترانسفورماتورهای خشک با sovetolovye گران تر و دشوارتر جایگزین می شوند.

ترانسفورماتورهای نوع خشک دارای ابعاد و وزن کلی (ترانسفورماتور TSZ) و ظرفیت اضافه بار کمتری نسبت به ترانسفورماتورهای پر از روغن هستند و برای کار در داخل ساختمان با رطوبت نسبی نه بیشتر از 80٪ استفاده می شوند. از مزایای ترانسفورماتورهای خشک می توان به ایمنی آنها در برابر آتش (بدون روغن)، سادگی نسبی طراحی و هزینه های عملیاتی نسبتا پایین اشاره کرد.

طبقه بندی ترانسفورماتورهای جریان

ترانسفورماتورهای جریان بر اساس معیارهای مختلفی طبقه بندی می شوند:

1. بر اساس هدف، ترانسفورماتورهای جریان را می توان به اندازه گیری (TOL-SESH-10، TLM-10)، محافظ، متوسط ​​(برای اتصال ابزار اندازه گیری به مدارهای جریان حفاظت رله، برای یکسان سازی جریان ها در مدارهای حفاظت دیفرانسیل و غیره) و آزمایشگاهی (دقت بالا، و همچنین با نسبت های تبدیل زیادی) تقسیم کرد.

2. با توجه به نوع نصب، ترانسفورماتورهای جریان متمایز می شوند:
الف) برای نصب در فضای باز، نصب شده در تابلوی باز (TLK-35-2.1 UHL1)؛
ب) برای نصب در داخل ساختمان؛
ج) تعبیه شده در دستگاه ها و ماشین های الکتریکی: کلیدها، ترانسفورماتورها، ژنراتورها و غیره.
د) بارنامه - از بالا روی عایق بوش قرار دهید (به عنوان مثال، روی ورودی ولتاژ بالا ترانسفورماتور قدرت).
ه) قابل حمل (برای اندازه گیری های کنترلو آزمایشات آزمایشگاهی).

3. با توجه به طراحی سیم پیچ اولیه، ترانسفورماتورهای جریان تقسیم می شوند:
الف) چند چرخشی (کویل، با سیم پیچی حلقه و با هشت سیم پیچ)؛
ب) تک چرخشی (میله)؛
ج) تایر (TSh-0.66).

4. با توجه به روش نصب، ترانسفورماتورهای جریان برای نصب داخلی و خارجی تقسیم می شوند:
الف) راهپیمایی (TPK-10، TPL-SESH-10)؛
ب) پشتیبانی (TLK-10، TLM-10).

5. با انجام عایق می توان ترانسفورماتورهای جریان را به گروه های زیر تقسیم کرد:
الف) با عایق خشک (پرسلن، باکلیت، عایق اپوکسی ریخته گری و غیره)؛
ب) با عایق کاغذ-روغن و با عایق کاغذ-روغن خازنی؛
ج) با پر کردن مرکب.

6. با توجه به تعداد مراحل تبدیل، ترانسفورماتور جریان وجود دارد:
الف) تک مرحله ای؛
ب) دو مرحله ای (آبشار).

7. با توجه به ولتاژ عملیاتی، ترانسفورماتورها متمایز می شوند:
الف) برای ولتاژ نامی بالای 1000 ولت؛
ب) برای ولتاژ نامی تا 1000 ولت.

ترکیبی از مختلف ویژگی های طبقه بندیدر تعیین نوع ترانسفورماتورهای جریان شامل قسمت های حروف و عددی وارد می شود.

ترانسفورماتورهای جریان با جریان نامی، ولتاژ، کلاس دقت و طراحی مشخص می شوند. در ولتاژ 6-10 کیلو ولت، آنها به عنوان مرجع و از طریق معابر با یک و دو سیم پیچ ثانویه با کلاس دقت 0.2 ساخته می شوند. 0.5; 1 و 3. کلاس دقت نشان دهنده خطای حاشیه ای وارد شده توسط ترانسفورماتور جریان به نتایج اندازه گیری است. ترانسفورماتورهای کلاس دقت 0.2 که دارای حداقل خطا هستند برای اندازه گیری های آزمایشگاهی، 0.5 - برای برق سنج ها، 1 و 3 - برای تغذیه سیم پیچ های جریان رله ها و ابزار اندازه گیری فنی استفاده می شود. برای کارکرد ایمن، سیم‌پیچ‌های ثانویه باید ارت باشند و نباید در مدار باز قرار گیرند.
هنگام نصب تابلو برق با ولتاژ 6-10 کیلو ولت، از ترانسفورماتورهای جریان با عایق ریخته گری و چینی و در ولتاژ تا 1000 ولت - با عایق ریخته گری، پنبه و چینی استفاده می شود.

یک نمونه ترانسفورماتور جریان دو سیم پیچ پایه TOL-SESH-10 با رزین ریخته گری برای ولتاژ نامی 10 کیلو ولت، طراحی نسخه 11، با سیم پیچ های ثانویه:

برای اتصال مدارهای اندازه گیری، با کلاس دقت 0.5 و بار 10 VA.
- برای اتصال مدارهای حفاظتی، با کلاس دقت 10P و بار 15 VA؛

برای جریان اولیه نامی 150 آمپر، جریان ثانویه نامی 5 آمپر، نسخه آب و هوایی "U" طبقه بندی 2 مطابق با GOST 15150-69 هنگام سفارش تولید با CJSC VolgaEnergoKomplekt:

TOL-SESH-10-11-0.5 / 10R-10 / 15-150 / 5 U2 - با جریان اولیه نامی - 150A، ثانویه - 5A.

عمل ترانسفورماتور بر اساس پدیده القای متقابل است. اگر سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور به منبع AC متصل شود، جریان متناوب از آن عبور می کند که یک شار مغناطیسی متناوب در هسته ترانسفورماتور ایجاد می کند. این شار مغناطیسی، با نفوذ به پیچ های سیم پیچ ثانویه، در آن القا می شود نیروی محرکه برقی(EMF). اگر سیم پیچ ثانویه به هر گیرنده انرژی بسته شود، تحت تأثیر EMF القایی، جریانی از طریق این سیم پیچ و از طریق گیرنده انرژی شروع به جریان می کند.

در همان زمان، یک جریان بار نیز در سیم پیچ اولیه ظاهر می شود. بنابراین، انرژی الکتریکی، در حال تبدیل، از منتقل می شود شبکه اولیهبه ثانویه در ولتاژی که گیرنده انرژی متصل به شبکه ثانویه برای آن طراحی شده است.

به منظور بهبود اتصال مغناطیسی بین سیم پیچ های اولیه و ثانویه، آنها را روی یک مدار مغناطیسی فولادی قرار می دهند. سیم پیچ ها هم از یکدیگر و هم از مدار مغناطیسی جدا می شوند. سیم پیچی با ولتاژ بالاتر را سیم پیچی می گویند ولتاژ بالاتر(HV)، و سیم پیچ ولتاژ پایین - سیم پیچ ولتاژ پایین(NN). سیم پیچ موجود در شبکه یک منبع انرژی الکتریکی اولیه نامیده می شود. سیم پیچی که از آن انرژی به گیرنده می رسد ثانویه است.

به طور معمول، ولتاژ سیم پیچ های اولیه و ثانویه یکسان نیست. اگر ولتاژ اولیه کمتر از ثانویه باشد، ترانسفورماتور را افزایش می‌دهند، اگر بیشتر از ولتاژ ثانویه باشد، ترانسفورماتور را به سمت پایین می‌گویند. هر ترانسفورماتور را می توان هم به عنوان پله بالا و هم به عنوان پایین آمدن استفاده کرد. ترانسفورماتورهای پله‌آپ برای انتقال برق در فواصل طولانی و ترانسفورماتورهای کاهنده برای توزیع آن بین مصرف‌کنندگان استفاده می‌شوند.

در ترانسفورماتورهای سه سیم پیچ، سه سیم پیچ جدا شده از یکدیگر بر روی مدار مغناطیسی قرار می گیرند. چنین ترانسفورماتوری که از یکی از سیم پیچ ها تغذیه می شود، دریافت دو ولتاژ مختلف و تامین انرژی الکتریکی به دو گروه مختلف گیرنده را ممکن می سازد. ترانسفورماتور سه سیم پیچ علاوه بر سیم پیچ های فشار قوی و فشار ضعیف، دارای سیم پیچی با ولتاژ متوسط ​​(MV) نیز می باشد.

سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور شکلی عمدتاً استوانه‌ای دارند و آن‌ها را در جریان‌های کم از سیم مسی عایق‌شده دور و در جریان‌های زیاد از میله‌های مسی مستطیلی اجرا می‌کنند.

نزدیکتر به مدار مغناطیسی، یک سیم پیچ ولتاژ پایین قرار دارد، زیرا جدا کردن آن از آن آسان تر از یک سیم پیچ با ولتاژ بالا است.

سیم پیچ ولتاژ پایین با لایه ای از مواد عایق از میله جدا می شود. همان واشر عایق بین سیم پیچ های ولتاژ بالا و پایین قرار می گیرد.

با سیم‌پیچ‌های استوانه‌ای، مطلوب است که سطح مقطع هسته مدار مغناطیسی شکلی گرد داده شود تا در ناحیه تحت پوشش سیم‌پیچ‌ها شکاف غیر مغناطیسی وجود نداشته باشد. هرچه شکاف های غیر مغناطیسی کوچکتر باشد، طول پیچ های سیم پیچ ها و در نتیجه جرم مس برای یک سطح مقطع معین از میله فولادی کمتر است.

با این حال، تولید میله های گرد دشوار است. هسته مغناطیسی از ورق های فولادی نازک مونتاژ می شود و برای به دست آوردن یک میله گرد، تعداد زیادی ورق فولادی با عرض های مختلف مورد نیاز است و این نیاز به ساخت قالب های زیادی دارد. بنابراین، در ترانسفورماتور قدرت بالامیله دارای مقطع پلکانی است که تعداد پله ها از 15-17 بیشتر نیست. تعداد پله های بخش میله با تعداد گوشه های یک چهارم دایره تعیین می شود. یوغ مدار مغناطیسی، یعنی قسمتی از آن که میله ها را به هم متصل می کند، دارای سطح مقطع پلکانی است.

برای خنک کننده بهتردر هسته های مغناطیسی و همچنین در سیم پیچ های ترانسفورماتورهای قدرتمند، کانال های تهویه در صفحات موازی و عمود بر صفحه ورق های فولادی قرار می گیرند.
در ترانسفورماتورهای کم مصرف، سطح مقطع سیم کوچک است و سیم پیچ ها ساده می شوند. مدارهای مغناطیسی این گونه ترانسفورماتورها دارای مقطع مستطیلی هستند.

رتبه بندی ترانسفورماتور

توان مفیدی که ترانسفورماتور با توجه به شرایط گرمایشی برای آن طراحی شده است، یعنی توان سیم پیچ ثانویه آن در بار کامل (نامی)، توان نامی ترانسفورماتور نامیده می شود. این توان در واحدهای توان ظاهری - در ولتامپر (VA) یا کیلوولت آمپر (kVA) بیان می شود. توان فعال ترانسفورماتور بر حسب وات یا کیلووات بیان می‌شود، یعنی توانی که می‌تواند از الکتریکی به مکانیکی، حرارتی، شیمیایی، سبک و غیره تبدیل شود. سطح مقطع سیم‌های سیم‌پیچ‌ها و تمام قسمت‌های ترانسفورماتور و همچنین هر دستگاه الکتریکی یا ماشین الکتریکی توسط جزء فعال جریان یا توان اکتیو از طریق جریان و جریان فعال تعیین نمی‌شود. قدرت کامل. تمام مقادیر دیگری که عملکرد ترانسفورماتور را در شرایطی که برای آن طراحی شده است مشخص می کند نیز اسمی نامیده می شود.

هر ترانسفورماتور مجهز به یک سپر ساخته شده از موادی است که تحت تأثیرات جوی قرار نمی گیرد. سپر در مکانی قابل مشاهده به مخزن ترانسفورماتور متصل می شود و حاوی داده های اسمی آن است که با حکاکی، حکاکی، ضربه زدن یا به روش دیگری که دوام علائم را تضمین می کند اعمال می شود. اطلاعات زیر بر روی برچسب ترانسفورماتور نشان داده شده است:

1. نام تجاری سازنده.
2. سال انتشار.
3. شماره سریال.
4. تعیین نوع.
5. شماره استانداردی که ترانسفورماتور تولیدی مطابق آن است.
6. توان نامی (kVA). (برای سه سیم پیچ قدرت هر سیم پیچ را نشان دهید.)
7. ولتاژ نامی و ولتاژ شیرهای سیم پیچ (V یا kV).
8. جریان های نامی هر سیم پیچ (A).
9. تعداد فازها.
10. فرکانس جریان (هرتز).
11. طرح و گروه اتصال سیم پیچ های ترانسفورماتور.
12. ولتاژ مدار کوتاه (%).
13. نوع نصب (داخلی یا خارجی).
14. روش خنک کننده.
15. وزن ناخالص ترانسفورماتور (کیلوگرم یا تی).
16. توده روغن (کیلوگرم یا تی).
17. جرم قسمت فعال (کیلوگرم یا تی).
18. موقعیت های سوئیچ مشخص شده بر روی محرک آن.

برای ترانسفورماتور با خنک کننده هوای مصنوعی، قدرت آن نیز با خاموش شدن خنک کننده نشان داده می شود. شماره سریال ترانسفورماتور نیز روی مخزن زیر سپر، روی پوشش نزدیک ورودی HV فاز A و در انتهای سمت چپ قفسه بالایی پرتو یوغ مدار مغناطیسی مهر شده است. نماد ترانسفورماتور از قسمت های الفبایی و عددی تشکیل شده است. حروف به معنی زیر است:

T - سه فاز،
O - تک فاز
M - خنک کننده طبیعی روغن،
د - خنک کننده روغن با انفجار (هوای مصنوعی و گردش طبیعی روغن)،
ج - خنک کننده روغن با گردش اجباری روغن در کولر آبی،
DC - روغن با انفجار و گردش روغن اجباری،
G - ترانسفورماتور ضد صاعقه،
H در پایان تعیین - یک ترانسفورماتور با تنظیم ولتاژ تحت بار،
H در رتبه دوم - پر شده با دی الکتریک مایع غیر قابل احتراق،
T در جایگاه سوم یک ترانسفورماتور سه سیم پیچ است.

شماره اول پس از تعیین حروف ترانسفورماتور قدرت نامی (kVA) را نشان می دهد، عدد دوم - ولتاژ نامی سیم پیچ HV (kV). بنابراین، نوع TM 6300/35 به معنای ترانسفورماتور سه فاز دو سیم پیچ با خنک کننده طبیعی روغن با قدرت 6300 کیلوولت آمپر و ولتاژ سیم پیچ HV 35 کیلوولت است. حرف A در تعیین نوع ترانسفورماتور به معنی اتوترانسفورماتور است. در تعیین اتوترانسفورماتورهای سه سیم پیچ، حرف A اول یا آخر قرار می گیرد. اگر مدار اتوترانسفورماتور اصلی باشد (سیم پیچ های HV و MV یک اتوترانسفورماتور را تشکیل می دهند و سیم پیچ LV اضافی است)، حرف A ابتدا قرار می گیرد، اگر مدار اتوترانسفورماتور اضافی باشد، حرف A در آخر قرار می گیرد.

عملکرد یک ترانسفورماتور بر اساس دو است اصول اساسی:

1. زمان متغیر است برقایجاد میدان مغناطیسی (الکترومغناطیس)

2. تغییر در شار مغناطیسی عبوری از سیم پیچ، یک EMF در این سیم پیچ ایجاد می کند (القای الکترومغناطیسی)

جریان متناوب جریان در سیم پیچ اولیه یک شار مغناطیسی متناوب در مدار مغناطیسی ایجاد می کند، تغییراتی که به نوبه خود با عبور از سیم پیچ ثانویه، یک EMF متناوب در آن ایجاد می کند.

برنج. 1 آرایش شماتیک ترانسفورماتور. 1 - سیم پیچ اولیه، 2 - ثانویه

قانون فارادی

EMF تولید شده در سیم پیچ ثانویه را می توان از قانون فارادی محاسبه کرد که بیان می کند:

N2 تعداد چرخش در سیم پیچ ثانویه است،

Φ - شار مغناطیسی کل، از طریق یک چرخش سیم پیچ. اگر پیچ های سیم پیچ عمود بر خطوط میدان مغناطیسی باشد، شار متناسب با میدان مغناطیسی B و ناحیه S که از آن عبور می کند.

EMF تولید شده در سیم پیچ اولیه به ترتیب:

U1 - مقدار ولتاژ لحظه ای در انتهای سیم پیچ اولیه،

N1 تعداد چرخش در سیم پیچ اولیه است.

با تقسیم معادله U2 بر U1، نسبت را بدست می آوریم:

معادلات ترانسفورماتور ایده آل

اگر سیم پیچ ثانویه به یک بار متصل شود، انرژی الکتریکی از مدار اولیه به مدار ثانویه منتقل می شود. در حالت ایده آل، ترانسفورماتور تمام انرژی ورودی از مدار اولیه را به یک میدان مغناطیسی و سپس به انرژی مدار ثانویه تبدیل می کند. در این حالت انرژی ورودی برابر با انرژی تبدیل شده است.

P1 - مقدار لحظه ای برق عرضه شده به ترانسفورماتور که از مدار اولیه می آید.

P2 مقدار لحظه ای توان تبدیل شده توسط ترانسفورماتور ورودی به مدار ثانویه است.

با ترکیب این معادله با نسبت ولتاژ در انتهای سیم پیچ ها، معادله یک ترانسفورماتور ایده آل را بدست می آوریم:

بنابراین، دریافتیم که با افزایش ولتاژ در انتهای سیم پیچ ثانویه U2، جریان مدار ثانویه I2 کاهش می یابد.

برای تبدیل مقاومت یک مدار به مقاومت مدار دیگر، باید مقدار را در مجذور نسبت ضرب کنید. به عنوان مثال، مقاومت Z2 به انتهای سیم پیچ ثانویه متصل است، مقدار کاهش یافته آن به مدار اولیه خواهد بود. . این قانونهمچنین برای مدار ثانویه صادق است: .

کار ترانسفورماتور بر اساس پدیده القای الکترومغناطیسی است. یکی از سیم‌پیچ‌ها که سیم‌پیچ اولیه نامیده می‌شود، انرژی می‌گیرد منبع خارجی. جریان متناوب که از سیم پیچ اولیه عبور می کند یک شار مغناطیسی متناوب در مدار مغناطیسی ایجاد می کند که در فاز با جریان سینوسی با 90 درجه نسبت به ولتاژ در سیم پیچ اولیه جابجا می شود. در نتیجه القای الکترومغناطیسی، یک شار مغناطیسی متناوب در مدار مغناطیسی در همه سیم‌پیچ‌ها، از جمله سیم‌پیچ اولیه، یک EMF القایی متناسب با اولین مشتق شار مغناطیسی ایجاد می‌کند، با یک جریان سینوسی که 90 درجه تغییر می‌کند. سمت معکوسبا توجه به شار مغناطیسی هنگامی که سیم‌پیچ‌های ثانویه به چیزی متصل نیستند (حالت بیکار)، EMF القایی در سیم‌پیچ اولیه تقریباً به طور کامل ولتاژ منبع برق را جبران می‌کند، بنابراین جریان عبوری از سیم‌پیچ اولیه کم است و عمدتاً توسط آن تعیین می‌شود. راکتانس القایی. ولتاژ القایی در سیم پیچ های ثانویه در حالت بیکار با نسبت تعداد چرخش سیم پیچ مربوطه w2 به تعداد دور سیم پیچ اولیه w1 تعیین می شود:

هنگامی که سیم پیچ ثانویه به بار متصل می شود، جریان از طریق آن شروع به عبور می کند. این جریان همچنین یک شار مغناطیسی در مدار مغناطیسی ایجاد می کند و در مقابل شار مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم پیچ اولیه هدایت می شود. در نتیجه، در سیم پیچ اولیه، جبران EMF القایی نقض می شود و منبع emfعرضه، که منجر به افزایش جریان در سیم پیچ اولیه می شود، تا زمانی که شار مغناطیسی تقریباً به همان مقدار برسد. در این حالت، نسبت جریان سیم پیچ های اولیه و ثانویه برابر است با نسبت معکوس تعداد دور سیم پیچ ها.

نسبت تنش ها در تقریب اول نیز ثابت می ماند. در نتیجه، توان مصرفی از منبع در مدار اولیه تقریباً به طور کامل به ثانویه منتقل می شود.

به طور شماتیک، موارد فوق را می توان به صورت زیر نشان داد:

U1 → I1 → I1w1 → Ф → ε2 → I2

شار مغناطیسی آنی در مدار مغناطیسی ترانسفورماتور با انتگرال زمانی مقدار لحظه ای EMF در سیم پیچ اولیه تعیین می شود و در مورد ولتاژ سینوسی، 90 درجه نسبت به EMF تغییر فاز می دهد. EMF القا شده در سیم‌پیچ‌های ثانویه با اولین مشتق شار مغناطیسی متناسب است و برای هر شکلی از جریان در فاز و شکل با EMF در سیم‌پیچ اولیه منطبق است.

تبدیل کننده- یک دستگاه الکترومغناطیسی ساکن برای تبدیل جریان متناوب یک ولتاژ به جریان متناوب ولتاژ دیگر با همان فرکانس. ترانسفورماتورها در مدارهای الکتریکیدر انتقال و توزیع انرژی الکتریکی و همچنین در جوشکاری، گرمایش، تصحیح تاسیسات الکتریکی و موارد دیگر.

ترانسفورماتورها با تعداد فازها، تعداد سیم پیچ ها و روش خنک سازی متمایز می شوند. ترانسفورماتورهای قدرت عمدتاً برای افزایش یا کاهش ولتاژ در مدارهای الکتریکی استفاده می شوند.

دستگاه و اصل کار

نمودار ترانسفورماتور دو سیم پیچ تک فاز در زیر نشان داده شده است.

نمودار قسمت های اصلی را نشان می دهد: یک هسته فرومغناطیسی، دو سیم پیچ روی هسته. سیم پیچ اول و تمام کمیت های مربوط به آن (i1-جریان، u1-ولتاژ، n1-تعداد دور، Ф1 - شار مغناطیسی) اولیه، سیم پیچ دوم و کمیت های مربوطه را ثانویه می نامند.

سیم پیچ اولیه به شبکه ای با ولتاژ متناوب متصل است، نیروی مغناطیسی آن i1n1 یک شار مغناطیسی متناوب Ф در مدار مغناطیسی ایجاد می کند که به هر دو سیم پیچ متصل می شود و یک EMF در آنها القا می کند e1= -n1 dФ/dt، e2= -n2dФ/dt. با تغییر سینوسی در شار مغناطیسی Ф \u003d Фm sinωt ، EMF برابر است با e \u003d Em sin (ωt-π / 2). برای محاسبه مقدار موثر EMF، باید از فرمول E \u003d 4.44 f n Фm استفاده کنید که f فرکانس چرخه ای است، n تعداد چرخش ها، Фm دامنه شار مغناطیسی است. علاوه بر این، اگر می‌خواهید مقدار EMF را در هر یک از سیم‌پیچ‌ها محاسبه کنید، باید تعداد چرخش‌های این سیم‌پیچ را به جای n جایگزین کنید.

از فرمول های بالا می توان نتیجه گرفت که EMF یک چهارم دوره از شار مغناطیسی عقب است و نسبت EMF در سیم پیچ های ترانسفورماتور برابر است با نسبت تعداد دورهای E1/E2=n1/n2.

اگر سیم پیچ دوم تحت بار نباشد، ترانسفورماتور در حالت بیکار است. در این حالت i2 = 0 و u2=E2، جریان i1 کم است و افت ولتاژ در سیم پیچ اولیه کم است، بنابراین u1≈E1 و نسبت EMF را می توان با نسبت ولتاژ u1/u2 = n1/n2 = E1/E2 = k جایگزین کرد. از این می توان نتیجه گرفت که بسته به نسبت تعداد چرخش سیم پیچ ها، ولتاژ ثانویه ممکن است کمتر یا بیشتر از ولتاژ اولیه باشد. نسبت ولتاژ اولیه به ولتاژ ثانویه در بیکارترانسفورماتور نسبت تبدیل k نامیده می شود.

به محض اتصال سیم پیچ ثانویه به بار، جریان i2 در مدار ظاهر می شود، یعنی انرژی از ترانسفورماتور که آن را از شبکه دریافت می کند، به بار منتقل می شود. انتقال انرژی در خود ترانسفورماتور به دلیل شار مغناطیسی F رخ می دهد.

معمولاً توان خروجی و توان ورودی تقریباً برابر هستند، همانطور که ترانسفورماتورها برابر هستند ماشین های الکتریکیبا زیبا بازدهی بالا، اما اگر می خواهید محاسبه دقیق تری انجام دهید، بازده به صورت یک نسبت پیدا می شود قدرت فعالدر خروجی به توان اکتیو در ورودی η = P2/P1.

مدار مغناطیسی ترانسفورماتور یک هسته بسته است که از ورق های فولادی الکتریکی با ضخامت 0.5 یا 0.35 میلی متر مونتاژ شده است. قبل از مونتاژ، ورق ها از دو طرف با لاک عایق بندی می شوند.

با توجه به نوع ساخت، مدارهای مغناطیسی میله ای (L شکل) و زرهی (W شکل) متمایز می شوند. بیایید ساختار آنها را بررسی کنیم.

ترانسفورماتور میله ای از دو میله تشکیل شده است که روی آنها سیم پیچی وجود دارد و یوغی که میله ها را به هم متصل می کند، در واقع به همین دلیل نام خود را گرفته است. ترانسفورماتورهای این نوع بسیار بیشتر از ترانسفورماتورهای زرهی استفاده می شوند.

ترانسفورماتور زرهییوغی است که درون آن میله ای با سیم پیچی قرار دارد. یوغ، همانطور که بود، از میله محافظت می کند، بنابراین ترانسفورماتور زره پوش نامیده می شود.

سیم پیچی

طراحی سیم پیچ ها، عایق بندی آنها و روش های چسباندن روی میله ها به قدرت ترانسفورماتور بستگی دارد. برای ساخت آنها از سیم های مسی با مقطع گرد و مستطیلی استفاده می شود که با نخ پنبه ای یا کاغذ کابل عایق بندی شده اند. سیم پیچ ها باید قوی، انعطاف پذیر، اتلاف انرژی کم و ساخت ساده و ارزان باشند.

خنک کننده

در سیم پیچ و هسته ترانسفورماتور تلفات انرژی مشاهده می شود که در نتیجه گرما آزاد می شود. در این راستا، ترانسفورماتور نیاز به خنک کننده دارد. برخی از ترانسفورماتورهای قدرت کوچک گرمای خود را به محیط می‌دهند، در حالی که دمای حالت پایدار بر عملکرد ترانسفورماتور تأثیری نمی‌گذارد. چنین ترانسفورماتورهایی "خشک" نامیده می شوند. با خنک کننده هوای طبیعی اما در توان های متوسط ​​و بالا، خنک کننده هوامقابله نمی کند، در عوض آنها از مایع یا روغن استفاده می کنند. در این گونه ترانسفورماتورها، سیم پیچ و مدار مغناطیسی در یک مخزن با روغن ترانسفورماتور قرار می گیرند که باعث افزایش عایق الکتریکی سیم پیچ ها از مدار مغناطیسی می شود و در عین حال خنک کننده آنها است. روغن از سیم پیچ ها و مدار مغناطیسی گرما دریافت می کند و به دیواره های مخزن می دهد و گرما از آن به محیط پخش می شود. در عین حال، لایه های روغن با اختلاف دما به گردش در می آیند که انتقال حرارت را بهبود می بخشد. برای ترانسفورماتورهای با توان حداکثر 20-30 کیلو ولت آمپر، خنک کننده مخزن با دیواره های صاف کافی است، اما در توان های بالا، مخازن با دیواره های راه راه نصب می شود. همچنین باید در نظر داشت که هنگام گرم شدن، روغن تمایل به افزایش حجم دارد، بنابراین مخازن ذخیره و لوله های اگزوز در ترانسفورماتورهای پرقدرت نصب می شوند (در صورت جوشیدن روغن، بخارهایی ظاهر می شوند که نیاز به خروجی دارند). در ترانسفورماتورهای با توان کمتر، به این واقعیت محدود می شود که روغن تا سقف آن ریخته نمی شود.

ژنراتورهایی که در نیروگاه ها هستند یک EMF بسیار قدرتمند تولید می کنند. در عمل، چنین ولتاژی به ندرت مورد نیاز است. بنابراین، این ولتاژ باید تبدیل شود.

مبدل ها

برای تبدیل ولتاژ از دستگاه هایی به نام ترانسفورماتور استفاده می شود. ترانسفورماتورها می توانند ولتاژ را بالا ببرند یا پایین بیاورند. همچنین ترانسفورماتورهای تثبیت کننده ای وجود دارند که ولتاژ را افزایش یا کاهش نمی دهند.

دستگاه ترانسفورماتور را در شکل زیر در نظر بگیرید.

تصویر

دستگاه و عملکرد ترانسفورماتور

ترانسفورماتور از دو سیم پیچ با سیم پیچ تشکیل شده است. این کویل ها روی یک هسته فولادی قرار می گیرند. هسته یکپارچه نیست، اما از صفحات نازک مونتاژ شده است.

یکی از سیم پیچ ها اولیه نامیده می شود. به این سیم پیچ متصل است ولتاژ AC، که از ژنراتور می آید و باید تبدیل شود. سیم پیچ دیگر ثانویه نامیده می شود. یک بار به آن متصل است. بار تمام وسایل و وسایلی است که انرژی مصرف می کنند.

شکل زیر نشان می دهد سمبلتبدیل کننده.

تصویر

کار ترانسفورماتور بر اساس پدیده القای الکترومغناطیسی است. هنگامی که یک جریان متناوب از سیم پیچ اولیه عبور می کند، یک شار مغناطیسی متناوب در هسته رخ می دهد. و از آنجایی که هسته مشترک است، شار مغناطیسی جریانی را در سیم پیچ دیگر القا می کند.

پیچ های N1 در سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور وجود دارد، EMF القایی کل آن برابر است با e1 = N1 * e، که در آن e مقدار لحظه ای EMF القایی در تمام پیچ ها است. برای تمام پیچ های هر دو سیم پیچ یکسان است.

پیچ های N2 در سیم پیچ ثانویه وجود دارد. EMF e2 = N2*e در آن القا می شود.

از این رو:

مقاومت سیم پیچ نادیده گرفته شده است. بنابراین، مقادیر EMF القایی و ولتاژ تقریباً برابر خواهد بود:

با مدار باز سیم پیچ ثانویه، جریانی در آن جریان ندارد، بنابراین:

مقادیر لحظه ای EMF e1, e2 در یک فاز در نوسان هستند. نسبت آنها را می توان با نسبت مقادیر موثر EMF جایگزین کرد: E1 و E2. و نسبت مقادیر ولتاژ لحظه ای با مقادیر ولتاژ موثر جایگزین می شود. ما گرفتیم:

E1/E2 ≈U1/U2 ≈N1/N2 = K

K نسبت تبدیل است. در K> 0ترانسفورماتور ولتاژ را افزایش می دهد ک<0 - ترانسفورماتور ولتاژ را کاهش می دهد. اگر باری به انتهای سیم پیچ ثانویه متصل شود، در مدار دوم یک جریان متناوب ظاهر می شود که باعث می شود شار مغناطیسی دیگری در هسته ظاهر شود.

این شار مغناطیسی تغییر در شار مغناطیسی هسته را کاهش می دهد. برای لود شدهترانسفورماتور، فرمول زیر اعمال خواهد شد:

U1/U2 ≈ I2/I1.

یعنی وقتی ولتاژ چند برابر شد جریان را به همان میزان کاهش می دهیم.

اصل عملکرد ترانسفورماتور با اصل القای الکترومغناطیسی مرتبط است. جریانی که به سیم پیچ اولیه می رسد، شار مغناطیسی در مدار مغناطیسی ایجاد می کند.

کار ترانسفورماتور بر اساس پدیده القای الکترومغناطیسی است. یکی از سیم‌پیچ‌ها که سیم‌پیچ اولیه نام دارد، از یک منبع خارجی انرژی می‌گیرد. جریان متناوب که از سیم پیچ اولیه می گذرد، یک شار مغناطیسی متناوب در مدار مغناطیسی ایجاد می کند که در فاز تغییر می کند، با یک جریان سینوسی، با توجه به جریان در سیم پیچ اولیه 90 درجه. در نتیجه القای الکترومغناطیسی، یک شار مغناطیسی متناوب در مدار مغناطیسی در تمام سیم‌پیچ‌ها، از جمله سیم‌پیچ اولیه، یک EMF القایی متناسب با اولین مشتق شار مغناطیسی ایجاد می‌کند، با یک جریان سینوسی که 90 درجه نسبت به شار مغناطیسی جابجا می‌شود. هنگامی که سیم‌پیچ‌های ثانویه به چیزی متصل نیستند (حالت بیکار)، EMF القایی در سیم‌پیچ اولیه تقریباً به طور کامل ولتاژ منبع برق را جبران می‌کند، بنابراین جریان عبوری از سیم‌پیچ اولیه کم است و عمدتاً با راکتانس القایی آن تعیین می‌شود. ولتاژ القایی در سیم پیچ های ثانویه در حالت بیکار با نسبت تعداد دور سیم پیچ مربوطه w2 به تعداد دور سیم پیچ اولیه w1 تعیین می شود: U2=U1w2/w1.

هنگامی که سیم پیچ ثانویه به بار متصل می شود، جریان از طریق آن شروع به عبور می کند. این جریان همچنین یک شار مغناطیسی در مدار مغناطیسی ایجاد می کند و در مقابل شار مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم پیچ اولیه هدایت می شود. در نتیجه، در سیم پیچ اولیه، جبران EMF القایی و EMF منبع تغذیه مختل می شود، که منجر به افزایش جریان در سیم پیچ اولیه می شود تا زمانی که شار مغناطیسی تقریباً به همان مقدار برسد. در این حالت نسبت جریان های سیم پیچ اولیه و ثانویه برابر است با نسبت معکوس تعداد دور سیم پیچ ها (I1=I2w2/w1،) نسبت ولتاژ نیز در تقریب اول ثابت می ماند.

به طور شماتیک، موارد فوق را می توان به صورت زیر نشان داد:

U1 > I1 > I1w1 > Ф > ε2 > I2.

شار مغناطیسی در مدار مغناطیسی ترانسفورماتور نسبت به جریان در سیم پیچ اولیه 90 درجه در فاز جابجا می شود. EMF در سیم پیچ ثانویه با اولین مشتق شار مغناطیسی متناسب است. برای سیگنال های سینوسی، اولین مشتق سینوس کسینوس است و تغییر فاز بین سینوس و کسینوس 90 درجه است. در نتیجه، هنگامی که سیم‌پیچ‌ها به صورت هماهنگ روشن می‌شوند، ترانسفورماتور فاز را تقریباً 180 درجه تغییر می‌دهد. هنگامی که سیم پیچ ها در جهت مخالف روشن می شوند، یک تغییر فاز اضافی 180 درجه اضافه می شود و کل تغییر فاز ترانسفورماتور تقریباً 360 درجه است.

تجربه بیکار

برای تست ترانسفورماتور از تست مدار باز و تست اتصال کوتاه استفاده می شود.

در طول تجربه بیکاری ترانسفورماتور، سیم پیچ ثانویه آن باز است و جریانی در این سیم پیچ وجود ندارد (/2-0).

اگر سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور به منبع برق AC متصل شود، جریان بدون بار I0 در این سیم پیچ جریان می یابد که در مقایسه با جریان نامی ترانسفورماتور مقدار کمی است. در ترانسفورماتورهای با توان بالا، جریان بدون بار می تواند به مقادیری در حدود 5-10٪ جریان نامی برسد. در ترانسفورماتورهای کم توان این جریان به 25-30 درصد جریان نامی می رسد. جریان بی بار I0 یک شار مغناطیسی در مدار مغناطیسی ترانسفورماتور ایجاد می کند. برای تحریک شار مغناطیسی، ترانسفورماتور توان راکتیو را از شبکه مصرف می کند. در مورد توان اکتیو مصرف شده توسط ترانسفورماتور در حین دور کاری، برای پوشش تلفات برق در مدار مغناطیسی ناشی از هیسترزیس و جریان های گردابی صرف می شود.

زیرا توان راکتیوهنگامی که ترانسفورماتور در حالت بیکار است، توان آن بسیار فعال تر است، پس ضریب توان آن cos φ بسیار کوچک است و معمولاً برابر با 0.2-0.3 است.