5.6 Схемы замещения трансформатора

Составляют схемы замещения при расчетах электрических цепей, в которые включены трансформаторы. При этом магнитная связь заменяется электрической. Таким образом, схема замещения является моделью, сохраняющей все соотношения, присущие реальному трансформатору. Параметры первичной и вторичной обмотки отличаются друг от друга тем больше, чем больше коэффициент трансформации. Для удобства расчетов и построений параметры вторичной обмотки приводят к числу витков первичной обмотки w₁.

У приведенного трансформатора коэффициент трансформации т.к. при этом энергетические и фазовые соотношения остаются неизменными. Электрическая мощность вторичной цепи отсюда, учитывая

а

Активные и индуктивные потери мощности во вторичной обмотке.

отсюда

и сопротивление нагрузки

Уравнения электрического и магнитного состояния приведенного трансформатора имеют вид:

Схема замещения реального трансформатора приведена на рис. 5.3

Рис. 5.3

Схема замещения состоит из трех ветвей: первая - моделирует первичную цепь трансформатора; вторая -соответственно вторичную, третья - намагничивающая цепь трансформатора, здесь

-моделирует потери энергии в сердечнике на гистерезис и вихревые токи.

- сопротивление индуктивности, создающей рабочий магнитный поток. Параметры схемы замещения могут быть найдены из опытов холостого хода и короткого замыкания.

5.7 Опыт холостого хода трансформатора

Рис. 5.4

Холостой ход - это режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной цепи , В этом случае полезная мощность , ток очень мал (2-10% от ) поэтому потерями в первичной обмотке можно пренебречь и считать что мощность Р₁₀ расходуется на магнитные потерн- гистерезис и вихревые токи.

отсюда т.к. падение напряжения в первичной цепи очень мало , то можно с достаточной точностью определить параметры магнитной ветви

При заводских испытаниях трансформаторов опыт холостого хода проводят при номинальном напряжении. Однако, иногда, например, при ограниченных возможностях охлаждения трансформатора важно знать, как изменится ток холостого хода при изменении входного напряжения. Весьма важной, поэтому является характеристика холостого хода . Внешне она похожа на В~ кривую намагничивания стали сердечника, так как магнитный поток, и соответственно магнитная индукция, пропорциональны входному напряжению а напряженность магнитного поля пропорциональна намагничивающему току H~ .

Коэффициент трансформации может быть определен как отношение первичного и вторичного напряжения

здесь

Рис. 5.5

5.8 Опыт короткого замыкания

Короткое замыкание - режим работы трансформатора при Z_н=0. При номинальном входном напряжении этот режим является аварийным, т.к. токи в обмотках превысят номинальные в десятки раз.

Опыт короткого замыкания проводят при заводских испытаниях на пониженном напряжении, увеличивая его постоянно от нуля до тех пор, пока ток I₂ не достигнет номинального значения. Это значение напряжения называют номинальным напряжением короткого замыкания и выражают его в процентах

Рис. 5.6

Для силовых трансформаторов U_К =5 10% то,

Так как магнитный поток пропорционален входному напряжению, то Ф_К =5-10% от Ф_н. Намагничивающая составляющая тока, очевидно очень мала, и ею можно пренебречь, и считать . В этом случае

или

отсюда

Мощность P_1K - это мощность потерь в первичной и вторичной обмотках.

=

Приближенно можно считать

Таким образом, из опытов холостого хода и короткого замыкания можно определить параметры схемы замещения трансформатора. В случае трехфазного трансформатора аналогично могут быть построены схемы замещения для каждой из трех фаз.