2.2. Опыт короткого замыкания трансформатора

Опытом короткого замыкания называется испытание трансформатора при короткозамкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном токе первичной обмотки. Схема для проведения опыта короткого замыкания приведена на рис. 21.7. Опыт проводится для определения номинального значения тока вторичной обмотки, мощности потерь в проводах и падения напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора.

При коротком замыкании цепи вторичной обмотки ток в ней ограничивается только малым внутренним сопротивлением этой обмотки. Поэтому даже при относительно небольших значениях ЭДС Е₂ ток I₂ может достигнуть опасных величин, вызвать перегрев обмоток, разрушение изоляции и выход трансформатора из строя.

У читывая это, опыт начинают при нулевом напряжении на входе

трансформатора, т.е. . Постепенно увеличивая напряжение первичной обмотки наблюдают за значением тока I₁.Когда величина тока I₁ достигнет значения I_1Н, напряжение U₁ фиксируют. Эту величину называют напряжением короткого замыкания и обозначают U_1К. Величину тока вторичной обмотки, измеренную амперметром А₂ при U₁ = U_1К, принимают номинальной.

Величина напряжения первичной обмотки в опыте короткого замыкания мала и составляет (5  10)% от номинального. Поэтому и действующее значение Э.Д.С. вторичной обмотки Е₂ составляет (2  5)%. Так как магнитный поток пропорционален значению Э.Д.С., то и мощность потерь в магнитопроводе – Р_с пренебрежимо мала. Отсюда следует, что показания ваттметра в опыте короткого замыкания практически определяют только потери в проводах Р_пр.

Определим падение напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора. Очевидно, что комплексное внутреннее сопротивление трансформатора имеет индуктивный характер. Чтобы оценить его составляющие, проведем ряд преобразований. Учтем, что

. (21.23)

Выразим ток I_2К через приведенный ток I'₂:

.

Учтем, что , а также, что . Тогда выражение (21.23) можно переписать в виде:

, (21.24)

где R_К - активное сопротивление трансформатора в режиме короткого замыкания, причем:

. (21.25)

Знание активного сопротивления трансформатора позволяет рассчитать его индуктивное сопротивление:

.

При точном расчете нужно учитывать, что R_К зависит от температуры. Поэтому полное сопротивление трансформатора определяют приведенным к температуре 75⁰С, т.е.

.

Теперь легко определить падение напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора :

.

На практике пользуются приведенным значением U_К, в процентах, обозначая его звездочкой, т.е.

. (21.26)

Это значение приводят на паспортном щитке трансформатора.

В ряде практических случаев необходимо знать величину уменьшения напряжения на выходе трансформатора ∆U за счет падения напряжения на его внутреннем сопротивлении. Чтобы определить эту величину, составим новую схему замещения трансформатора, содержащую Z_К. Знание внутреннего сопротивления трансформатора позволяет представить его схему замещения в виде рис. 21.8. Векторная диаграмма, соответствующая этой схеме, приведена на рис. 21.9.

Векторная диаграмма позволяет определить уменьшение напряжения на выходе трансформатора U за счет падения напряжения на его комплексном сопротивлении. Величина U определяется как расстояние между прямыми, выходящими из точек начала и конца вектора и параллельными оси абсцисс. Из диаграммы видно, что эта величина складывается из катетов двух прямоугольных треугольников, гипотенузы которых и , а острые углы равны ₂.Поэтому

.

На практике пользуются относительной величиной U, в процентах, обозначенной звездочкой, т.е.

. (21.27)

Для мощных трансформаторов (при S_H  1000 ВА) опыт короткого замыкания может служить для контроля коэффициента трансформации. Для таких трансформаторов в режиме короткого замыкания током холостого хода можно пренебречь, считая

.

Поэтому

. (21.28)

Последнее выражение тем точнее, чем больше мощность трансформатора. Однако оно не приемлемо для маломощных трансформаторов.