Тема 2.4. Экспериментальное исследование трансформатора. Опыт холостого хода и короткого замыкания. Напряжение короткого замыкания. Расчетное определение параметров трансформатора.

Для построения схемы замещения и векторной диаграммы необходимо знать параметры трансформатора: r₁, r′₂, x′₂, x₁ r_m, x_m., которые можно определить экспериментально с помощью опыта х.х и к.з.

О пыт х.х.

Рассматриваем однофазный двухобмоточный понижающий трансформатор. Вторичная обмотка замкнута на вольтметр, его активное сопротивление очень велико и можно считать, что І₂ =0, т.е. трансформатор не совершает полезной работы – работает в холостую. В ходе опыта подводимое напряжение изменяется от 0,1 до 1,1 U_ном . В процессе опыта регистрируем первичное и вторичное напряжения, ток х.х., потребляемую мощность. По данным эксперимента вычисляем: z₀=U₁₀/I₀; r₀=p₀/I²₀; x²₀=z²₀+r²₀; K=U₁₀/U₂₀; cosφ₀ = p₀/U₁₀I₀ .

Т .к. сопротивления z₀= z₁+z_m , r₀= r₁+r_m , x₀= x₁+x_m, а в режиме х.х. сопротивления обмотки ВН намного меньше магнитного сопротивления ветви намагничивания, то опыт х.х. позволяет определить её параметр.

По результатам опытов строим зависимости I₀,p₀,cosφ₀ = f (U₁₀).

Зависимость I₀ = f (U₁₀) объясняется увеличением значения магнитного потока при увеличении напряжения. Ф = U₁/(4,44∙f₁∙W₁), Ф = √2I_0р∙W₁/(R_μ). При увеличении магнитного потока, магнитопровод насыщается, его магнитное сопротивление возрастает нелинейно. При напряжении U₁₀ > U_1ном он становится сильно насыщенным и магнитное сопротивление велико, что приводит к росту реактивной составляющей тока х.х. и общему росту тока I₀.

В трансформаторах больших мощностей ток холостого хода может достигать значений порядка 5–10% номинального тока. В трансформаторах малых мощностей этот ток достигает значения 25–30% номинального тока.

p₀ = f (U₁₀).

При х.х. потерями в меди первичной обмотки можно пренебречь в виду малости, тогда p₀ = p_mag , но установившиеся p_mag= В² , где В= Ф/S, Ф≡ U₁, следовательно p_mag= U₁², т.е. эта зависимость – парабола.

cosφ₀ = f (U₁₀). cosφ₀ = p₀/U₁₀I₀

При малых значениях напряжения в малых значениях магнитного потока магнитопровод не насыщен, т.е. трансформатор на х.х. – линейная зависимость и cosφ примерно постоянен. По мере роста напряжения, а значит и магнитного потока, магнитопровод насыщается, ток I₀ начинает возрастать быстрее, чем растут p_mag, поэтому cosφ начинает падать.

Опыт короткого замыкания.

В торичная обмотка замкнута на амперметр, сопротивление которого близко к нулю, поэтому во избежание чрезмерных токов опыт к.з. проводится при пониженном напряжении. В опыте напряжение U_1к не должно превышать 5-10% от U_ном . Напряжение U_1к увеличивается начиная с нуля до тех пор пока ток І_1к не станет равным 1,1 І_1ном . В ходе опыта регистрируется напряжение, ток, потребляемая мощность первичной обмотки и ток вторичной обмотки. По данным опыта вычисляем z_к, r_к, x_к . Из Т-образной схемы замещения можно убрать ветвь содержащую значение I₀ , т.к. если U₁=U_1ном , то I₀ = (5…10)% I_1ном , а в силу того, что U_1к< 10% U_1ном , то I₀ стремится к нулю. Т.о. сх. замещения имеет вид:

Объединяя сопротивления попарно получим: x_к =x₁+ x′₂, r_к = r₁+ r′₂ .

Мощность потребляемая трансформатором в режиме к.з. равна сумме потерь в меди обмотки ВН, НН и магнитных потерь в сердечнике. В виду малости потока в режиме к.з. магнитными потерями можно пренебречь, т.е. потребляемая мощность трансформатора равна потерям в меди обмотки ВН и НН.

Опыт к.з. позволяет определить напряжения к.з. трансформатора, которое выражается либо в вольтах, либо в о.е., либо в % по отношению к номинальному напряжению обмотки ВН. U_к= U_к/U_1ном100%

Напряжение короткого замыкания – это напряжение, приложенное к обмотке ВН при котором токи в обмотках равны номинальным.

В мощных силовых трансформаторах напряжение U_к при коротком замыкании обычно составляет 5-15% от номинального. В трансформаторах малой мощности напряжение U_к может достигать 25-50% от U_ном.

П о результатам опытов построим зависимости I_к, p_к, cosφ_к = f (U_1к). U_1к< 10% U_1ном , поэтому магнитная цепь не насыщенная и трансформатор есть линейная система и зависимость I_к, cosφ_к= f (U_1к) линейны. Зависимость p_к= f (U_1к) является параболой, т.к. p_к=I²_к1r₁+I²_к2r₂