5. Определение параметров т-образной схемы замещения трансформатора.

Параметры схемы замещения (рис.5.6) определяются по данным п.п.3-5.

Активное сопротивление обмоток трансформатора может быть получено умножением омического сопротивления на коэффициент k_r, учитывающий

неравномерное распределение плотности тока по сечению проводника из-за возникновения вихревых токов в проводниках. Значение коэффициента k_r

для обмоток электрических машин и трансформаторов определяется величиной потоков рассеяния и зависит от частоты тока, формы и размеров поперечного сечения проводников обмотки, от их взаимного расположения, от размеров и формы паза в электрических машинах, от высоты обмотки в трансформаторах и от других величин. В большинстве случаев для обмоток трансформаторов значение коэффициента k_r лежит в пределах 1,01-1,05. Примем k_r = 1,03. Тогда активное сопротивление первичной обмотки r₁ = 1,03 r_{1 75}, а вторичной обмотки r₂ = 1,03 r_{2 75}. Активное сопротивление вторичной обмотки необходимо привести к виткам первичной обмотки r₂^' = К² r₂, где К – коэффициент трансформации. Индуктивные сопротивления обмоток, обусловленные потоками рассеяния (х₁ и х₂^'), можно приближенно принять одинаковыми и равными половине индуктивного сопротивления короткого замыкания: х₁ = х₂^' = х_К/2.

Параметры ветви намагничивания хm и rm определяются:

x_m = х_Х –х₁; r_m = r_x – r₁.

На схеме замещения надо указать значения сопротивлений, токов и напряжений.

6. Внешняя характеристика трансформатора.

Внешняя характеристика трансформатора представляет зависимость вторичного напряжения U₂ от вторичного тока I₂:

U₂ = ƒ (I₂) при U₁ = const и cosφ₂ = const.

При испытаниях трансформаторов малой мощности внешнюю характеристику получают опытным путём, включая вторичную обмотку на регулируемую нагрузку (рис.5.7).

Внешнюю характеристику мощных трансформаторов получают аналитически, так как создание для них непосредственной нагрузки вызывает затруднения.

Порядок снятия внешней характеристики следующий. Трансформатор без нагрузки (Q1 и Q2 разомкнуты) подключают к сети и измеряют напряжение U_2X. Далее, включив Q1 или Q2, загружают его до номинального тока, поддерживая постоянным значение cosφ₂.

В нешнюю характеристику снимают обычно для двух значений коэффициента мощности: cosφ₂= 1 и cosφ₂= 0. внешняя характеристика для cosφ₂= 1 снимается при замкнутом Q1, изменяя величину R1,

а для cosφ₂= 0 (инд.) снимается при включённом Q2 и разомкнутом Q1. показания приборов записывают в таблицу 5.5.

Примерный вид внешних характеристик представлен на рис.5.8. Эти характеристики в пределах номинальной нагрузки прямолинейны, их наклон зависит от рода нагрузки. Причиной изменения напряжения на вторичной Таблица 5.5.

Опытные данные внешних характеристик

№ п.п.	U2	I2	№ п.п.	U2	I2
	B	A		B	A
	cosφ2=1			cosφ2=0(инд.)
1 . 6	U2Х	0	1 . 6	U2Х	0

о бмотке является падение напряжения на сопротивлениях Z₁ и Z₂ обмоток трансформатора. При активно-индуктивной нагрузке (φ₂ > 0) напряжение U₂ убывает с ростом тока I₂; при сильно выраженной ёмкостной составляющей вторичного тока (φ₂≈ − π/2) напряжение при нагрузке может быть больше напряжения при холостом ходе.

В трансформаторах средней и большой мощности реактивная составляющая напряжения короткого замыкания значительно больше, чем активная. Поэтому в таких трансформаторах реактивная нагрузка вызывает бóльшее изменение напряжения U₂ , чем активная, т. е. чем меньше cosφ₂, тем ниже проходит внешняя характеристика и значительно изменяется напряжение U₂.

Внешние характеристики позволяют определить изменение вторичного напряжения, представляющее арифметическую разность между номинальным вторичным напряжением при холостом ходе и напряжением на зажимах вторичной обмотки при номинальном вторичном токе, номинальной частоте, заданном коэффициенте мощности и номинальном напряжении на зажимах первичной обмотки. Изменение напряжения ∆U выражается в процентах номинального вторичного напряжения:

∆U% = 100.

При номинальной нагрузке трансформатора величина ∆U составляет от 2 до 5%. С достаточной точностью изменение напряжения может быть определено расчетом по формуле:

∆U% = β(U_Ka cosφ₂+U_Kр sinφ₂),

где β = – коэффициент загрузки трансформатора;

U_Ka и U_Kp – составляющие напряжения короткого замыкания, %.

Как видно из формулы, зависимость ∆U=ƒ(β) прямолинейна.

Значения ∆U, рассчитанные по данным U_Ka и U_Kр, могут быть использованы для получения внешней характеристики при испытании мощных трансформаторов. В этом случае при cosφ₂=const. определяют ряд значений вторичного напряжения по формуле U₂=U_2H–∆U и строят зависимость U₂ =ƒ(I₂).

Задаваясь значениями отстающего и опережающего cosφ₂ при I₂=I_2H (β=1), можно получить ряд значений ∆U по приведенной выше формуле и построить зависимость ∆U= ƒ(cosφ₂), представленную на рис.5.9.Как видим, изменение вторичного напряжения в значительной мере зависит от характера нагрузки. Наибольшее значение ∆U% будет при φ₂=φ_K. При чисто активной нагрузке φ₂=0 и ∆U%= U_Ка; при чисто индуктивной нагрузке φ₂=90^о и ∆U%=U_Кр; при

чисто емкостной нагрузке φ₂= − 90^о и ∆U= − U_Кр. При активно-емкостном характере нагрузки величина ∆U% может быть отрицательной, т. е. вторичное напряжение может возрастать по сравнению с номинальным напряжением. В этом случае трансформатор получает намагничивающую мощность как со стороны первичной, так и со стороны вторичной сети. Потоки рассеяния, меняя фазу, оказывают в этом случае подмагничивающее действие.

Наличие индуктивных падений напряжения, вызываемых потоками рассеяния, ведет к нежелательному изменению напряжения трансформатора под нагрузкой. Для уменьшения потоков рассеяния первичные и вторичные обмотки выполняют на одних и тех же стержнях, по возможности приближая одну обмотку к другой. При концентрической обмотке на характер магнитного поля потоков рассеяния влияют токи обеих обмоток, и при режимах нагрузки, близких к номинальной, можно считать, что МДС первичной и вторичной обмоток равны по величине и находятся в противофазе. Поэтому сближение обмоток ведет к уменьшению потоков рассеяния.

Минимальное расстояние между обмотками ограничивается электрической прочностью изоляционного промежутка. Вследствие этого высоковольтные трансформаторы, в которых изоляционный промежуток больше, имеет относительно бóльшие потоки рассеяния и напряжения короткого замыкания, чем низковольтные трансформаторы. При чередующейся обмотки потоки рассеяния несколько больше, чем при концентрической.