Візьмемо трансформатор з двома обмотками: первинної - W1 для підключення до мережі і вторинної - W2 для підключення навантаження. Його спрощене пристрій і умовно-графічне позначення на схемах показано на малюнку 1. 
Малюнок 1 Умовно-графічне позначення трансформатора
Можливі три режими роботи трансформатора: режим холостого ходу (ХХ), робочий режим (номінальний) і режим короткого замикання (КЗ). Розглянемо роботу трансформатора в цих режимах.
Режим холостого ходу. В цьому режимі опір навантаження дорівнює нескінченності, в результаті чого трансформатор еквівалентний звичайної котушці індуктивності з феромагнітним сердечником. У режимі холостого ходу трансформатор можна представити схемою заміщення, наведеної малюнку 2.
Малюнок 2 Схема заміщення трансформатора для режиму холостого ходу (а - послідовна, б - паралельна)
В еквівалентній схемі трансформатора, наведеної на малюнку 2:
r1 - активний опір первинної обмотки
LS1 - індуктивність, що характеризує потік розсіювання первинної обмотки
r0 - опір активних втрат у муздрамтеатрі
L0 - основна індуктивність первинної обмотки
(1)
I μ - струм, що створює основний магнітний потік (струм намагнічування)
I a - ток активних втрат в осерді
I 10 = Ia + Iμ - струм холостого ходу трансформатора.
Паралельна еквівалентна схема трансформатора зручна для побудови векторної діаграми напруг і струмів для реальної котушки індуктивності. Векторна діаграма приведена на малюнку 3.
Малюнок 3 Векторна діаграма напруг і струмів трансформатора в режимі холостого ходу
Тут δ - кут втрат у муздрамтеатрі
X1 - опір індуктивності розсіювання LS1.
При цьому вектор ЕРС індукований в обмотці W2 (напруга у вторинній обмотці) збігається по фазі з eL, а напруга U1 є сумою
; 
(2)
Втрати на омічному опорі обмотки малі, оскільки струм холостого ходу багато менше номінального і кут зсуву між струмом і напругою (I 10 і U 1) визначається втратами в муздрамтеатрі. З досвіду холостого ходу і знаходять кут втрат δ і розраховують втрати в осерді.
Трансформатор є звертає пристроєм (первинну і вторинну обмотки можна поміняти місцями!), Тому для кожної з обмоток записуємо основну формулу трансформаторної ЕРС .
(3) 
(4)
Розділивши рівняння (3) на (4), отримаємо вираз для коефіцієнта трансформації:
(5)
У режимі холостого ходу трансформатора якраз і визначають його коефіцієнт трансформації.
Робочий режим (навантажений або номінальний). Якщо до вторинної обмотці W 2 підключити навантаження R н, то її напруга U 2 викличе струм навантаження I 2, як це показано на малюнку 1б. Токи I 1 і I 2 орієнтовані по-різному щодо магнітного потоку Ф0. Струм I 1 створює потік Ф1, а струм I 2 створює потік Ф2 і прагне зменшити потік Ф1. Інакше кажучи, в муздрамтеатрі з'являються магнітні потоки Ф 1 і Ф 2, які на підставі закону Ленца спрямовані зустрічно і їх алгебраїчна сума дає: Ф 1 + Ф 2 = Ф 0 - магнітний потік холостого ходу трансформатора.
Звідси можна записати рівняння намагнічують сил (закон повного струму):
(6)
Видно, що зміна струму I 2 обов'язково призведе до зміни струму I 1. Навантаження утворює другий контур, в якому ЕРС вторинної обмотки е 2 є джерелом енергії. При цьому, справедливі рівняння:
(7) 
(8)
де r2 - омічний опір вторинної обмотки
х2 - опір індуктивності розсіювання вторинної обмотки.
Згідно із законом Кіргофа сума струмів (6) може бути забезпечена паралельним з'єднанням електричних ланцюгів, тому в робочому режимі трансформатор можна уявити еквівалентною схемою, наведеною на малюнку 4.
Малюнок 4 Схема заміщення трансформатора в робочому режимі
Еквівалентна схема трансформатора в робочому режимі, наведена на малюнку 4 називається Т-образної схемою заміщення або наведеними трансформатором. Приведення вторинної обмотки до первинної виконується за умови рівності повних потужностей вторинних обмоток 
, або 
. З цієї рівності можна отримати формули перерахунку в первинну обмотку напруги і струмів вторинної обмотки і з них отримати наведені значення опорів навантаження, вторинної обмотки і індуктивності розсіювання.
(9) 
(10) 
(11) 
(12) 
(13)
Токи і напруги наводяться через коефіцієнт трансформації, а опору - через квадрат коефіцієнта трансформації. Можна перерахувати вторинну ланцюг в первинну або навпаки.
Подання трансформатора у вигляді еквівалентної схеми дозволяє методами теорії ланцюгів розрахувати будь-яку, як завгодно складну схему з трансформаторами.
Режим короткого замикання (КЗ). Цей режим в умовах експлуатації є аварійним. Він свідомо застосовується тільки для експериментального визначення параметрів трансформатора (індуктивності розсіювання). Вимірювання проводять в наступній послідовності. Вхідна напруга встановлюють рівним нулю. Замикають вихідні клеми (U 2 = 0). Плавно піднімають вхідна напруга (U 1) до тих пір, поки в обмотках не встановив номінальні струми. Величина U 1 = U КЗ називається напругою короткого замикання, є паспортної величиною трансформатора і зазвичай становить 5 ... 10% від номінальної напруги U 1ном. При цьому, струм холостого ходу I 10 дуже малий у порівнянні з номінальним і їм можна знехтувати (вважати рівним нулю). Тоді еквівалентна схема трансформатора в режимі КЗ приймає вигляд, показаний на малюнку 5.
Малюнок 5 Еквівалентна схема трансформатора в режимі короткого замикання
Струм холостого ходу ми прийняли рівним нулю I 10 = 0, тому в еквівалентній схемі трансформатора паралельна ланцюг L0r0 відсутня. Вхідний опір трансформатора повністю визначаються індуктивністю розсіювання первинної та вторинної обмоток, а також їх провідникові:
(14)
Результуючий опір - це опір короткого замикання трансформатора. Знаючи повний опір короткого замикання:
можна знайти коефіцієнт передачі трансформатора, а в разі малої індуктивності розсіювання втрати потужності в обмотках трансформатора.
Сила, що намагнічує, що створює магнітний потік в сердечнику в режимі короткого замикання (вимірювальний режим) практично дорівнює нулю:
і якщо I 10 = 0, то I 1 W 1 = - I 2 W 2 звідки знаходимо відношення струмів, а значить і коефіцієнт трансформації по току:
(15)
Знак мінус у формулі (15) говорить про те, що магнітні потоки Ф1 і Ф2 спрямовані назустріч один одному і взаємно компенсуються.
Якщо у трансформатора є кілька вторинних обмоток, як показано на умовно-графічному зображенні трансформатора, наведеному на малюнку 6а, то перелічені опору навантаження на еквівалентній схемі з'єднуються паралельно і його еквівалентна схема набуває вигляду, показаний на малюнку 6б.
Малюнок 6 Схема заміщення трансформатора з двома вторинними обмотками
При цьому значення імпедансу (повного опору) вторинних обмоток Z 2 знаходиться як сума опорів вторинних обмоток і опору їх індуктивностей розсіювання:
література:
Разом зі статтею "Режими роботи і схема заміщення трансформатора" читають:
Основні поняття і класифікація трансформаторів
http://digteh.ru/BP/KlassTransf/
Зовнішня характеристика трансформатора
http://digteh.ru/BP/VnXarTransf/
Коефіцієнт корисної дії трансформатора
http://digteh.ru/BP/EffTransf/
потужність трансформатора
http://digteh.ru/BP/PowerTransf/
трифазні трансформатори
http://digteh.ru/BP/3_FazTransf/
імпульсні трансформатори
http://digteh.ru/BP/ImpTransf/
Попередні версії сайту:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/