21.Опыт хх, опыт кз.

ХОЛОСТОЙ ХОД ТРАНСФОРМАТОРА

Режим, при котором вторичная обмотка трансформатора ра­зомкнута, а на зажимы первичной обмотки подано переменное на­пряжение, называется холостым ходом трансфор­матора.

 

Если к первичной обмотке подвести напряжение U1 по ней по­течет ток, который обозначим I0. Этот ток создает магнитный поток Ф. Магнитный поток Ф, возбуждаемый первичной обмоткой, индук­тирует во вторичной обмотке э. д. с, величина которой равна Е2. Тот же самый магнитный поток индуктирует в первичной обмотке э. д. с. E­1. Небольшой ток I0, потребляемый первичной обмоткой трансформатора при холостом ходе, называется током холо­стого хода. Величина этого тока обычно составляет 3—10% от тока при номинальной нагрузке транс­форматора.

 

Построим векторную диаграмму холостой работы   однофазного   трансформатора  без потерь (идеального) (рис. 190). Намагничи­вающий ток I0 создает магнитный поток Ф, который совпадает с током I0 по фазе. Как уже   указывалось,  магнитный поток Ф ин­дуктирует в первичной обмотке э. д. с. Е1 а во вторичной обмотке — э. д. с. Е2. На­помним, что всякая э. д. с, индуктируемая синусоидально   изменяющимся   магнитным потоком, отстает от потока по фазе на 90° (см. § 65). Поэтому векторы E1 и E2 мы от­кладываем под углом 90° от потока в сто­рону, обратную вращению векторов. Индук­тированную в первичной обмотке з. д. с. Е1 уравновешивает напряжение сети  U1.

 

 

Э. д. с.  E1 и напряжение U1 равны и вза­имно  противоположны   (падение напряжения в первичной обмотке при этом режиме очень мало и им можно пренебречь).

 

Из векторной диаграммы видно, что ток I0, потребляемый идеальным трансформатором при холостой работе, отстает от напряжения сети U1 на 90°, т. е. является чисто реактивным.     

 

 У реального транс­форматора из-за потерь в стали (на вихревые токи и гистерезис) возникает сдвиг по фазе между током холостого хода I0 и маг­нитным потоком Ф, причем ток будет опережать магнитный по­ток. Ток холостого хода I0 трансформатора имеет две со­ставляющие (рис. 191): 1—ак­тивную Iа = I0 соs φ0, вызван­ную   потерями в  стали   (эта составляющая   очень   мала,   так   как   малы потери холостого хода),

 

2-реактивную   Iр =I0. sin φ0,     называемую    током   намагничивания,   создающую   магнитный   поток Ф   и   совпадающую    с ним  по   фазе.   Так   как   активная    составляющая  I0 cos φ0   мала,  то намагничивающий ток почти равен   всему  току холостого хода I0.  Поэтому I0 является   почти   целиком   реактивным. В режиме холостого хода  ток во вторичной обмотке отсутствует и поэтому напряжение на зажимах вторичной обмотки равно э. д. с, индук­тированной в этой обмотке:

 

U2=E2

Ниже расмотрим :

Опыт холостого хода трансформатора

Холостым ходом трансформатора является такой предельный режим работы, когда его вторичная обмотка разомкнута и ток вто­ричной обмотки равен нулю (I2 = 0). Опыт холостого хода позволяет определить коэффициент трансформации, ток, потери и сопротивление холостого хода трансформатора.

При опыте холостого хода первичную обмотку однофазного трансформатора включают в сеть переменного тока на номинальное напряжение U1 (рис. 4).

Под действием приложенного напряжения по обмотке протекает ток I1=I0 равный току холостого хода. Практически ток холостого хода равен примерно 5—10% номинального, а в трансформаторах малой мощности (десятки вольт-ампер) достигает значений 30% и более номинального. Для измерения тока холостого хода, приложенного к первичной обмотке напряжения и потребляемой мощности в цепь первичной обмотки трансформатора включены измерительные приборы (амперметр А, вольтметр V и ваттметр W). Вторичная обмотка трансформатора замкнута на вольтметр, сопротивление которого очень велико, так что ток вторичной обмотки практически равен нулю.

Ток холостого хода возбуждает в магнитопроводе трансформатора магнитный поток, который индуктирует э. д. с. Е1 и Е2 в первичной и во вторичной обмотках.

Во вторичной обмотке трансформатора нет тока и, следовательно, нет падения напряжения в сопротивлении этой обмотки, поэтому э. д. с. равна напряжению, т. е. Е2=1/2. Поэтому э. д. с. вторичной обмотки определяется показанием вольтметра, включенного в эту обмотку.

Ток холостого хода, протекающий в первичной обмотке, очень мал по сравнению с номинальным, так что падение напряжения в сопротивлении первичной обмотки очень мало по сравнению с приложенным напряжением. Поэтому приложенное напряжение практически уравновешивается э. д. с. первичной обмотки и численные значения напряжения V и э. д. с. Е приблизительно равны. Следовательно, при опыте холостого хода э. д. с. первичной обмотки определится показанием вольтметра, включенного в ее цепь.

Для большей точности измерения при опыте холостого хода первичной обмоткой служит обмотка низшего напряжения, а вторичной — обмотка высшего напряжения. Это объясняется тем, что для обмотки НН номинальный ток будет больше, чем для обмотки ВН. Так как ток холостого хода небольшой и составляет несколько процентов номинального, то при использовании обмотки НН в качест­ве первичной ток холостого хода окажется больше и может быть измерен более точно, чем в случае использования обмотки ВН в ка­честве первичной.

Имея в виду равенства E2=U2 и E1~U1 коэффициент транс­формации можно определить отношением э. д. с. или чисел витков обмоток. Таким образом, при холостом ходе трансформатора коэффици­ент трансформации определится отношением показателей вольтмет­ров, включенных в первичной и вторичной обмотках.

Для трехфазного трансформатора различают фазный и линей­ный коэффициенты трансформации. Фазный коэффициент транс­формации определяет соотношение чисел витков обмоток ВН и НН и равен отношению фазных напряжений. Линейный коэффициент трансформации равен отношению линейных напряжений на стороне ВН и НН.

Если схемы соединения обмоток ВН и НН одинаковы (напри­мер, звезда — звезда или треугольник — треугольник), отношения фазных и линейных напряжений также одинаковы, т. е. фазный и линейный коэффициенты трансформации равны. Если же схемы соединения обмоток ВН и НН различны (звезда — треугольник или треугольник — звезда), фазный и линейный коэффициенты трансформации отличаются в 1,73 раз.

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. 11.3. 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. Учитывая это опыт начинают при нулевом напряжении на входе трансформатора, т.е. при  . Затем постепенно увеличивают напряжение первичной обмотки до значения  , при котором ток первичной обмотки достигает номинального значения. При этом ток вторичной обмотки, измеренный по амперметру А2 , принимают равным номинальному. Напряжение   называют напряжением короткого замыкания. Взаимодействие токов. Магнитная индукция Электрические токи взаимодействуют между собой. Как показывает опыт, два прямолинейных параллельных проводника, по которым текут токи, притягиваются, если токи в них имеют одинаковое направление, и отталкиваются, если токи противоположны по направлению

 Величина напряжения первичной обмотки в опыте короткого замыкания    мала и составляет 5  10% от номинального. Поэтому и действующее значение ЭДС вторичной обмотки Е2 составляет 2  5%. Пропорционально значению ЭДС уменьшается магнитный поток, а значит и мощность потерь в магнитопроводе - Рс . Отсюда следует, что показания ваттметра в опыте короткого замыкания, практически определяют только потери в проводах Рпр, причем

    (11.3)

 Выразим ток I2К через приведенный ток 

  Учтем, что  , а также что

.

  Тогда выражение (11.3) перепишем в виде

   (11.4)

где RК - активное сопротивление трансформатора в режиме короткого замыкания, причем

   (11.5)

 Значение активного сопротивления трансформатора позволяет рассчитать его индуктивное сопротивление

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

.

 Теперь легко определить падение напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора - ZК:

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

   (11.6)

Это значение приводят на паспортном щитке трансформатора.

 Знание внутреннего сопротивления трансформатора позволяет представить его схему замещения в виде рис.11.4. Векторная диаграмма, соответствующая этой схеме приведена на рис. 11.5.

 Векторная диаграмма позволяет определить уменьшение напряжения на выходе трансформатора  U за счет падения напряжения на комплексном сопротивлении. Величина  U определяется как расстояние между прямым, выходящим из точек начала и конца вектора   и параллельными оси абцисс. 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.

    (11.7)

 Для мощных трансформаторов ( SH 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

    (11.8)

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