5.1.4 Опыт короткого замыкания

Необходимо различать опыт короткого замыкания и режим короткого замыкания, так как в последнем случае имеет место аварийный режим электрического трансформатора, при котором он сильно разогревается и может произойти сгорание трансформатора.

Опыт короткого замыкания - испытание электрического трансформатора при короткозамкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном токе в первичной обмотке

I_1к=I_1н.

Этот опыт проводится при аттестации электрического трансформатора для определения важнейших параметров:

• мощности потерь в проводах обмоток (потери в меди) P_М;

• внутреннего падения напряжения;

• коэффициента трансформации и др.

Опыт короткого замыкания (рис. 43), как и опыт холостого хода, обязателен при заводских испытаниях.

Рис.43. Схема опыта короткого замыкания трансформатора

В опыте короткого замыкания (U₂ = 0) напряжение U_M2к, индуктируемое во второй обмотке равно

U_v2k = I_2к • r₂ +j x_S2 • I_2к ,

где I_2к • r₂ - напряжение на резистивном сопротивлении вторичной обмотки; x_S2 • I_2к - напряжение на индуктивном сопротивлении рассеяния вто­ричной обмотки.

Напряжение первичной обмотки в опыте короткого замыкания U_1к при токе I_1к = I_1н составляет 5-10 % от номинального U_1н. Поэтому действующее значение напряжения индукции U_M2к составляет лишь 2-5 % от действующего значения U_M2 в рабочем (номинальном) режиме.

Пропорционально значению U_M2 уменьшается магнитный поток Ф₀ в магнитопроводе, а вместе с ним и мощность потерь в магнитопроводе P_с, пропорциональная Ф₀ .

Следовательно, в опыте короткого замыкания почти вся мощность трансформатора P_1к равна мощности потерь в проводах первичной и вторичной обмоток (потери в меди):

Значение этой мощности определяется по показаниям ваттметра рW1 (рис.43). I_1к и I_2к - токи в опыте короткого замыкания соответствующих обмоток трансформатора, определяемые по показаниям амперметров рА1 и рА2.

5.1.5 Мощность потерь в трансформаторе, к.П.Д.

Отношение активной мощности Р₂ на выходе трансформатора к активной мощности Р₁ на входе

η= Р₂/P₁

называется коэффициентом полезного действия трансформатора. Коэффициент полезного действия трансформатора зависит от режима работы. При номинальных значениях напряжения U₁ = U_1Н и тока I₁ = 1_1Н на первичной обмотке трансформатора и коэффициенте мощности приемника cosφ >0,8 коэффициент полезного действия очень высок и у мощных электрических трансформаторов превышает 99 %.

Введем понятие коэффициент загрузки β = I₂ /I_2Н. Тогда

Трансформаторы изготавливают таким образом, чтобы максимум КПД был при β = 0,75- 0,8.

5.1.6. Автотрансформатор

Автотрансформатор позволяет снизить затраты на провода обмоток, так как вторичная обмотка является частью первичной обмотки. Это обстоятельство не мешает тому, что токи и напряжения обмоток автотрансформатора подчиняются тем же уравнениям трансформатора.

На рис. 44 приведены схемы автотрансформаторов с первичной обмоткой высшего напряжения (а) и первичной обмоткой низшего напряжения (б).

Так как первичная и вторичная цепи автотрансформатора электрически соединены, то при высоком напряжении на первичной стороне и большом коэффициенте трансформации (например, К =6000 В/220 В), при пользовании вторичным напряжением необходимо принимать дополнительные меры к обеспечению безопасности и усилению изоляции вторичной электрической цепи.

a) б)

Рис. 44. Схема автотрансформаторов с первичной обмоткой высшего напряжения (а) и первичной обмоткой низшего напряжения (б)

Широкое применение находят лабораторные маломощные авто­трансформаторы (ЛАТРы), позволяющие изменениям положения точки присоединения регулировать вторичное напряжение.