Úkolem je změřit a výpočtem ověřit zatěžovací charakteristiku transformátoru U₂(I₂) při konstantním napájecím napětí U_1n. Charakteristika ukazuje, jak se mění výstupní napětí U₂ se zatěžovacím proudem I₂, jak tvrdým zdrojem transformátor je.

Transformátor zapojíme posle obrázku. Výstupní strana je postupně připojena na zatěžovací rezistor, sériovou kombinaci rezistor-tlumivka nebo rezistor-kondenzátor. Na vstupní straně udržujeme po celé měření stálé napětí U_1n. První hodnoty čteme pro chod naprázdno, pak postupně zmenšujeme velikost zatěžovací impedance a čteme údaje voltmetru a ampérmetru na sekundární straně. Měření ukončíme, dosáhne-li měřený proud I₂ přibližně hodnoty 1,1 I_2n.Naměřené hodnoty např. pro čistě činnou zátěž jsou vyneseny do grafu na obr. Do stejného grafu vyneseme naměřené a vypočtené hodnoty pro jiný charakter zátěže.

Při výpočtu zatěžovací charakteristiky např. pro odporovou zátěž zvolíme zatěžovací odpor tak, aby výstupní proud byl přibližně v rozsahu 0,1 I_2n – 1,2 I_2n. Pro výstupní napětí platí vztah:

kde k je napěťový převod, R´ přepočtená hodnota zatěžovacího odporu R´=k².R, R_1k (X_1k) odpor (reaktance) transformátoru nakrátko.

Schéma zapojení pro tuto úlohu je na obr. Transformátor napájíme ze strany nižšího napětí tak, aby nedošlo k částečnému přesycení magnetického obvodu. Na vstupní straně je zařazen měřící transformátor proudu MTI, z kterého budeme odebírat pro vstup osciloskopu průběh proudu naprázdno i₁₀(t). Na výstupní straně je přes pomocný (ochranný) rezistor připojen integrační obvod RC, kterým budeme získávat průběh f _1h(t).

Jestliže bude (R₀+R)>>1/w C, pak okamžitá hodnota výstupního proudu bude v převážné míře určena těmito odpory

kde u_C je okamžitá hodnota napětí na kondenzátoru, u₂₀ okamžitá hodnota sinusově proměnného napětí.

Impedance zařazená na výstupu transformátoru je tak veliká, že můžeme zanedbat magnetizační účinek výstupního proudu i úbytek na rozptylové reaktanci. Potom výstupní napětí

kde f _1h je okamžitá hodnota hlavního magnetického toku, N₂ počet závitů výstupního vinutí.

Dosadíme-li do integrálu za napětí u₂₀, dostáváme konečný výsledek

Na kondenzátoru dostáváme tedy průběh napětí, který odpovídá průběhu hlavního magnetického toku transformátoru. Po připojení vstupu osciloskopu na celý RC člen, vidíme na obrazovce průběh výstupního napětí transformátoru u₂₀.

Průběh napájecího proudu i₁₀(t), který jsme získali z měřícího transformátoru proudu je na primární straně transformátoru. Při nižších hodnotách napětí je tento proud sinusový, zvýšíme-li však napětí tak, aby došlo k částečnému nasycení jádra transformátoru, bude proud naprázdno i₁₀ značně nesinusový. Deformace průběhu napájecího proudu je způsobena tvarem magnetizační charakteristiky B(H) feromagnetického jádra transformátoru.

V této části měření zapojíme do přívodu k transformátoru rezistor R_p, který je podstatně větší než impedance naprázdno transformátoru. Vytvoříme tak zdroj proudu, protože napájecí proud i₁₀ je pak prakticky omezen pouze předřadným odporem R_p

Napětí na zdroji musíme podstatně zvýšit tak, aby vstupní napětí měřené voltmetrem V₁ bylo přibližně rovno napětí jmenovitému. Při měření kontrolujeme na osciloskopu maximální hodnotu nesinusového napájecího napětí U_1m, aby nepřekročila hodnotu v případě sinusového napájení. Důrazně upozorňujeme, že při tomto měření musíme zachovat všechna bezpečnostní opatření, protože napětí na zdroji i vstupní straně transformátoru dosahuje životu nebezpečných hodnot. Při tomto měření vstupním vinutím transformátoru prochází přibližně sinusový napájecí prou i₁₀. Hlavní magnetický tok transformátoru f _1h je při nižších hodnotách proudu sinusový, stejně tak i výstupní napětí u₂. Dojde-li k přesycení jádra, nemůže napájecí proud i₁₀ vlivem nelineární magnetizační charakteristiky B(H) vybudit sinusový magnetický tok f _1h. Průběh tohoto toku je naznačen spolu s dalšími veličinami na obr. Výstupní napětí je rovněž nesinusové a v okamžiku velké časové změny magnetického toku vykazuje průběh napětí u₂₀ napěťové špičky, které za určitých okolností mohou nabýt nebezpečných hodnot a poručit izolaci vinutí transformátoru.

Při sledování dynamické hysterezní smyčky použijeme zapojení podle obr. V našem případě pro magnetický obvod transformátoru je intenzita magnetického pole H~i₁₀ a magnetická indukce B~f _1h. Napětí odpovídající těmto veličinám přivedeme na jednotlivé kanály osciloskopu. Volbou napěťové citlivosti zobrazíme úzký tvar hysterezní smyčky, který odpovídá magneticky měkkému materiálu magnetického obvodu transformátoru.

Měření zatěžovací charakteristiky ukázalo, že předpoklad tvrdosti transformátoru jako zdroje je správný. Této vlastnosti je dosaženo mj. způsobem vinutím transformátoru, kde obě vinutí nejsou umístěna na stejném sloupku. Oproti výpočtu nevyšla zatěžovací charakteristika lineárně. Patrný je vliv nasycení jádra na průbězích veličin; ty pak sledují hysterezní smyčku. Zvláště zajímavé je postupné zvětšování napájecího napětí při současném sledování průběhů na osciloskopu, kde je možno i zachytit bod, kdy začíná docházet ke zkreslení nasycením jádra.