17. Опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора.
Оптытом холостого хода называется испытание трансформатора при разомкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном первичном напряжении U1x=U1ном. На основании этого опыта определяют коэффициент трансформации и мощность потерь в магнитопроводе трансформатора.
Коэф. трансформации: (n21=U2x/U1x>1; n12=U1x /U2x >1)
Потери, возникающие при этом в магнитопроводе, называют магнитными и обозначают Рм. А суммарные потери в режиме холостого хода (при номинальных первичном напряжении и частоте) называют потерями холостого хода и обозначают Р0: Р0 = Рм + I20r1, где r1— активное сопротивление первичной обмотки. Особенностью потерь холостого хода являются их постоянство и независимость от режима нагрузки трансформатора.
Оптытом короткого замыкания называют испытание трансформатора при короткозамкнутой цепи вторичной обмотки (U2=0) и номинальном первичном токе I1k= I1ном. Этот опыт служит для определения мощности потерь в проводах, внутреннего падения напряжения.
Активное сопротивление короткого замыкания Rk=(RB1+R’B2)=P1k/I21k
Индуктивное сопротивление(определяется из опыта) Xk= √(Z2k - R2k)= √((U1k / I1ном)2 - R2k)
Полное сопротивление Zk= √(Rk2 + Xk2)
Напряжение короткого замыкания uk = (Zk I1ном /U 1ном)*100%
Коэф. трансформации: (n21 ≈ I1k/ I2k; n12 ≈ I2k/ I1k)
18. Внешняя характеристика и кпд трансформатора. Трехфазные трансформаторы.
Рассмотрим режим работы повышающего трансформатора при различных значениях комплексного сопротивления нагрузки Z2 = Z2 < φ2. Если напряжение между выводами первичной обмотки трансформатора постоянно и равно номинальному значению U1= U1ном = U2x /n21 , то при изменении комплексного сопротивления нагрузки изменяются токи в обмотках трансформатора İ1 и İ1 и вторичное напряжение Ù1.
Изменением напряжения называется разность действующих значений приведенных вторичных напряжений U’2=U2/n21 при холостом ходе и при заданном комплексном сопротивлении нагрузки.
Внешняя характеристика трансформатора определяет зависимость значений вторичного напряжения U2 от тока нагрузки I2 при постоянном коэффициенте мощности приемника, т.е. φ2=const, и номинальном первичном напряжении U1=U1ном. Воспользуемся упрощенной эквивалентной схемой замещения трансформатора (см. рис. 9.16, а).
Представим внешнюю характеристику в относительных единицах
U2 /U2x = f (I2 /I2ном) = f (k3), где U2x =n21U1ном - вторичное напряжение при холостом ходе; I2ном = I2ном / n21 - номинальный ток нагрузки при номинальном первичном токе I1ном.
Коэффициент загрузки трансформатора: k3= I2/I2ном
С учетом соотношения для токов в схеме на рис. 9,16 а. I1=I’2=I2n21 внешняя характеристика трансформатора в относительных единицах выражается зависимостью:
U2/n21U1ном = U’2/ U1ном = 1 – (K3ZkI1ном /U1ном)* cos (φ2- φk).
Отношение активной мощности P2 на выходе трансформатора к активной мощности P1 на входе, выраженное в процентах, η= (P2 / P1) 100% называется коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора, который зависит от режима его работы.
Для определения КПД удобен метод косвенного измерения, основанный на прямом измерении мощности потерь в трансформаторе. Так как мощность потерь ∆P=P1 – P2, то КПД трансформатора:
η= ((P1 - ∆P) / P1) 100% = (1 - ∆P/(P2+P1)) 100% . Мощность потерь в трансформаторе равна сумме мощностей потерь в магнитопроводе Pс и в проводах обмоток Pпр. При номинальных значениях первичных напряжений U1=U1ном и тока I1=I1ном мощности потерь в магнитопроводе и проводах обмоток практически равны активным мощностям трансформатора в опытах холостого хода и короткого замыкания.
Потери в проводах обмоток – переменные потери трансформатора.
Потери в магнитопроводе – постоянные потери.
Трехфазные трансформаторы изготовляют главным образом стержневыми.
Схема построения магнитопровода трехфазного стержневого трансформатора показана на (рис. 102, а). Три одинаковых однофазных трансформатора выполнены так, что их первичные и вторичные обмотки размещены на одном стержне сердечника, а другой стержень магнитопровода каждого трансформатора не имеет обмотки. Если эти три трансформатора расположились так, чтобы стержни, не имеющие обмоток, находились рядом, то эти три стержня можно объединить в один 0 (рис. 102, б). Через объединенный стержень 0 будут замыкаться магнитные потоки трех однофазных трансформаторов, которые равны по величине и сдвинуты по фазе на одну треть периода. Так как сумма трех равных по амплитуде и сдвинутых по фазе на 1/3 периода магнитных потоков равна нулю в любой момент времени (Фа + Фb + Фс=0), то в объединенном стержне магнитного потока нет и надобность в этом стержне отпадает. Таким образом, для магнитопровода достаточно иметь три стержня, которые по конструктивным соображениям располагаются в одной плоскости (рис. 102, в).
На каждом стержне трехфазного трансформатора размещаются обмотки высшего и низшего напряжения одной фазы. Стержни соединяются между собой ярмом сверху и снизу. Легко видеть, что длина магнитных лилий потока среднего стержня меньше, чем крайних стержней, так лак магнитный поток среднего стержня встречает на своем пути меньшее магнитное сопротивление, чем магнитные потоки крайних стержней. Поэтому в фазе, обмотка которой помещена на среднем стержне, протекает меньший намагничивающий ток, чем в фазах, обмотки которых помещены на крайних стержнях.
Соединение обмоток трехфазных трансформаторов звездой обозначается Y, а треугольником — ∆. Если обмотки соединены звездой и имеют выведенную нулевую точку, то такое соединение обозначается Ұ.
В стандартных схемах обмотки высшего напряжения соединены звездой, так как при такой схеме фазное напряжение в √3 раз меньше линейного, благодаря чему упрощается изоляция обмоток. Обмотки низшего напряжения чаще соединяются треугольником, гак как при таком соединении трансформатор менее чувствителен к несимметрии нагрузки фаз.