1.3.6 Опыты холостого хода и короткого замыкания служат для опытного определении потерь трансформатора.

Для проведения опыта холостого хода (ХХ) однофазного трансформатора служит схема, изображенная на рис. 1.4.

Рисунок 1.4 Схема опыта ХХ.

При проведении опыта ХХ первичную обмотку трансформатора через измерительные приборы, показанные на рис. 1.4, подключают к источнику регулируемого переменного напряжения (например, лабораторный автотрансформатор—ЛАТР). Вторичная обмотка трансформатора разомкнута и ток I₂ = 0. ЭДС вторичной обмотки измеряют вольтметром V2.

При проведении опыта ХХ к первичной обмотке подводят напряжение от 0 до 0,15U_1НОМ через равные промежутки и измеряют ток I₁ , напряжение U₁ и мощность Р, потребляемую трансформатором. На основании этих данных строят характеристики ХХ трансформатора, как функции снятых величин от первичного напряжения U₁. Так как I₂ = 0, I₁ = I₀ –ток холостого хода. При разомкнутой вторичной цепи полезная мощность равна нулю, мощность, измеряемая ваттметром Р = Р₀, -- мощность холостого хода. Она расходуется на перемагничивание магнитопровода и вихревые токи (Р_М) и электрические потери на нагрев первичной обмотки. Электрическими потерями обычно пренебрегают в связи с их малостью (не более 10% от номинальной мощности). Поэтому мощность холостого хода Р₀ равна потерям трансформатора при холостом ходе (Р₀ = Р_М) и определяет постоянные потери трансформатора. Построив зависимости I₀(U₁), P₀(U₁), получают характеристики холостого хода трансформатора. Следовательно, опыт ХХ позволяет определить не только магнитные потери Р_М трансформатора при различных напряжениях на первичной обмотке, но и зависимость тока ХХ от напряжения на первичной обмотке.

Опыт ХХ дополнительно позволяет определить и коэффициент мощности при ХХ. При этом рассуждения сводятся к следующему. Так как во вторичной цепи мощность не выделяется, то мощность, подведенная к трансформатору, представляет собой мощность холостого хода Р₀. Ток ХХ I₀ и напряжение U₁ измеряются в ходе опыта.

Р₀ = U₁ I₀ cos , 1.25

где cos --коэффициент мощности трансформатора при ХХ. Отсюда

cos = 1.26

Мощность Р₀ определяется ваттметром W, ток и напряжение –приборами A и V₁ .

Для трехфазных трансформаторов расчеты проводят по соотношениям, учитывающим токи в фазах трансформатора.

Помимо описанного опыт ХХ позволяет определять неисправности трансформатора.

Опыт короткого замыкания (КЗ) проводят в соответствии со следующей схемой.

Рисунок 1.5 Схема опыта короткого замыкания трансформатора.

Как видно из рисунка 1.5 обмотку низшего напряжения (НН) закорачивают, а к обмотке высшего напряжения (ВН) подводят переменное напряжение. Первичное напряжение U_K постепенно увеличивают, начиная с нулевого значения до такого значения U_{R MAX} , при котором ток первичной обмотки становится равным номинальному: I_1K = I_{1 НОМ}. U_{R MAX} называют номинальным напряжением короткого замыкания. Обычно номинальное напряжение короткого замыкания не превышает 10% от номинального напряжения первичной обмотки U_1НОМ . Снимают показания приборов и строят характеристики ХХ, представляющие собой зависимость тока короткого замыкания I_1K , мощности при КЗ Р_К и коэффициента мощности cos при КЗ от напряжения U_K .

Магнитный поток в магнитопроводе трансформатора Ф_m≈ , (выражение 1.9), т.е. пропорционален напряжению первичной обмотки трансформатора U₁ . Из того, что номинальное напряжение короткого замыкания достаточно мало (менее 10% от U_1НОМ), следует, что и магнитный поток в опыте КЗ во столько же раз меньше номинального. Для создания такого магнитного потока необходим малый намагничивающий ток I₀ (см. раздел 1.3.3). В уравнении токов трансформатора (1.14) ₁ = -- ₂ током I₀ можно пренебречь. В таком случае ток первичной обмотки равен приведенному току вторичной обмотки. Так как I_1K = I_{1 НОМ} , то и ток вторичной обмотки равен номинальному току вторичной обмотки.

При построении характеристик короткого замыкания ток первичной обмотки I_1К снимают амперметром А, напряжение U_К вольтметром V1, мощность P_K –ваттметром W,

cos = . 1.27

При опыте короткого замыкания определяются электрические потери трансформатора (переменные потери) P_K = ,

где r₁ и r₂ активные сопротивления соответственно первичной и вторичной обмоток.

Опыт короткого замыкания предпочтительно проводить после прогрева трансформатора до номинальной рабочей температуры, так как сопротивления обмоток зависят от температуры.