1. Không tải và có tải 1.1 Không tải Máy biến áp ở tình trạng không tài khi cuộn dây đầu ra không nối với tài tiêu thụ. ở biến áp không tải thì cuộn dây đầu vào sẽ tác động như cảm ứng. Cuộn dây đầu ra sẽ không có điện chạy qua và không chịu tải qua điện trở. Khi ta đặt một điện áp xoay chiều hình sin ở đầu vào thì sẽ xuất hiện dòng điện từ hóa trễ pha 90°. Dòng điện này sinh ra một từ thông cùng pha (Hình 1). Từ thông thay đổi hình thành một điện áp tại cuộn dây đầu ra. Trong trường hợp máy biến áp lý tưởng, điện áp này sẽ trễ pha 90° so với dòng điện từ hóa.
Biến áp không tải hoạt động như một cuộn dây có điện cảm lớn. Biến áp sẽ bị phá hỏng nếu như ta gắn vào nó một điện áp quá lớn. Điện áp quá lớn đòi hỏi một mật độ từ thông rất lớn trong lõi và dẫn tới dòng điện từ hóa lớn hơn. Do lõi sắt tại điện áp thiết kế đã gần đạt tới mức bão hòa, nên dòng điện từ hóa sẽ tăng lên rất lớn phá hỏng cuộn dây. Khi các đường sức từ đi ngang qua không khí, ta cần có một điện thế từ động (thông lượng) lớn hơn trong mạch từ nhằm tạo ra cùng một mật độ từ thông. Do đó mà dòng điện từ hóa sẽ tăng lên khi khe không khí lớn hơn. Ngoài ra, dòng điện không tải còn phụ thuộc vào các loại vật liệu từ được sử dụng. 1.2 Có tải Máy biến áp ở tình trạng có tải khi cuộn dây đầu ra được nối với một điện trở tiêu thụ. Dòng điện có tải (dòng điện đầu ra) theo quy tắc Lenz làm yếu đi nguyên nhân tạo ra nó, nghĩa là làm yếu đi từ trường xoay chiều. Dòng điện đầu vào vì vậy sẽ tăng lên, trong khi đó từ thông có ích trong lõi sắt gần như không đổi. Khi biến áp chạy không tải thì gần như toàn bộ từ thông đi vào lõi sắt. Khi có tài thì dòng điện tại cuộn dây đầu ra tạo ra một từ thông đối nghịch làm từ trường tại cuộn dây đầu vào yếu đi. Vì vậy cuộn dây đầu vào phải nhận càng nhiều điện hơn, sao cho từ thông có lại trị số ban đầu. Một phần của các đường sức từ sẽ không đi qua lõi sắt, mà đi ra ngoài, thí dụ như đi qua không khí. Phần từ thông này được gọi là thông lượng rò (Hình 2) và chạy tách riêng vào từng cuộn dây. Cuộn dây có đường sức từ rò đi qua hoạt động giống như một cuộn cảm kháng. Máy biến áp lúc đó sẽ hoạt động như một nguồn tạo ra điện áp xoay chiều, điện trở trong của nó bao gồm điện trở Ohm và điện cảm (mạch điện tương đương, Hình 3).
Vi máy biến áp phát sinh thông lượng rò (phát tán) nên trong kỹ thuật truyền tin cần phải che chắn.
2. Điện áp ngắn mạch Điện áp ngắn mạch là một đại lượng đặc trưng cho điện trở trong (trở kháng – điện trở biểu kiến) của một máy biến áp (mạch điện tương đương Hình 3, trang 336) và cho sự thay đổi của điện áp khi chịu tải. Điện áp này được đo trong thí nghiệm ngắn mạch. Thí nghiệm ngắn mạch: Dùng một máy biến áp hiệu chỉnh được, tại tần số thiết kế ta tăng dần điện áp đầu vào của nó bắt đầu từ 0, cho đến khi đạt được dóng điện thiết kế tại đầu vào của biến áp. Đầu ra của máy biến áp được nối tắt (Hình 1).
Điện áp ngắn mạch lá điện áp đầu vào, tại điện áp này máy biến áp nhận dòng điện thiết kế trong khi đầu ra được nối tắt. Điện áp ngắn mạch được biểu thị dưới dạng điện áp quy chiếu (tương đối) UK bằng % của điện áp thiết kế. Điện áp ngắn mạch và tái Một điện áp ngắn mạch quy chiếu nhỏ (UK %) có nghĩa là một điện trở trong nhỏ: Khi có tải điện áp đầu ra không giảm nhiều, thí dụ như ở máy biến áp ba pha (Bàng 1). Dòng điện khi nối tắt sẽ cao.
Máy biến áp có điện áp ngắn mạch thấp gọi là biến áp điện áp cứng. Những máy có điện áp ngắn mạch cao gọi là biến áp điện áp mềm. Ảnh hưởng của điện áp ngắn mạch. Từ thông rò của máy biến áp có thể được thay đổi trong vùng rộng để thích hợp với mục đích sử dụng (Hình 2), thí dụ như bố trí khác nhau của cuộn dây trên một hoặc nhiều lõi quấn, hoặc có thể đặt vào trong máy biến áp một lõi sắt rò từ. Những máy biến áp với thông lượng rò nhỏ sẽ có điện áp ngắn mạch thấp.
3. Dòng điện ngắn mạch Nếu ờ đầu ra của một máy biến áp được kết nối với điện trở gần bằng 0, ta gọi đó là sự ngắn mạch. Máy biến áp cung cấp dòng điện ngắn mạch. Một vài chu kỳ xuất hiện ngay sau khi xảy ra ngắn mạch ở đầu ra được gọi là dòng điện ngắn mạch liên tục Ikd. ở những máy có điện áp ngắn mạch nhỏ thì dòng điện này sẽ lớn, và ở những máy có điện áp ngắn mạch lớn thì dòng điện này sẽ nhỏ. Dòng điện ngắn mạch lớn có thể phá hủy cuộn dây, công tắc, bộ phân phối, thanh góp điện và những thiết bị khác. Sự ngắn mạch gây nguy hiểm đối với những máy biến áp có điện áp ngắn mạch nhỏ.
Dòng điện đầu ra xuất hiện ngay sau khi mạch được nối tắt (biên độ đầu tiên) được gọi là dòng điện ngắn mạch xung (ban đầu) Is. Dòng điện này có thể lớn nhiều hơn 2 lần so với dòng ngắn mạch liên tục (Hình 1). Cường độ của dòng ngắn mạch xung phụ thuộc vào dòng ngắn mạch liên tục và vào trị số tức thời của điện áp tại thời điểm nối tắt. Sẽ bất lợi nếu nối ngắn mạch xảy ra khi điện áp đầu ra của máy biến áp đang bằng 0 vì khi đó dòng điện từ hóa và mật độ từ thông đạt trị số cực đại. Theo định luật Lenz thì cuộn thứ cấp được nối tắt sẽ cảm ứng một dòng điện nhằm cố giữ nguyên từ trường như lúc mạch được nối tắt. Sau nhiều chu kỳ thì dòng điện ngắn mạch sẽ giảm về trị số của dòng ngắn mạch liên tục (Hình 1).
Dòng điện khi bật điện
Trong nhiều trường hợp khi bật điện (đóng điện, khởi động) biến áp sẽ xuất hiện những dòng điện đầu vào rất lớn, ngay cả khi máy biến áp không tải. Dòng điện khi bật điện có thể lớn gấp 10 lần so với dòng điện thiết kế. Trường hợp xấu nhất là vào thời điểm bật điện, điện áp cùa lưới điện bằng 0 và khi trong lõi sắt của máy biến áp vẫn còn một phần từ dư. Khi ta bật điện, từ thông sẽ phái thay đổi đề tạo ra điện áp. Nếu phần từ thông còn dư có cùng hướng với từ thông mới được tạo ra, thì lõi sắt sẽ bị bão hòa rất nhanh. Trong trường hợp này chỉ có những dòng điện từ hóa thật lớn mới có thể tạo ra điện áp cần thiết. Dòng điện thiết kế của những thiết bị bảo vệ mạch vào cùa máy biến áp vì thế phải lớn hơn khoảng 2 lần so với dòng điện thiết kế của máy biến áp.
