6) Режим короткого замыкания (кз)

Следует отличать режим КЗ от опыта КЗ. Опыт КЗ проводят при сниженном первичном напряжении. В режиме КЗ устанавливаются боль­шие токи КЗ в обмотках Ī_1К и Ī_2К.

Внешняя характеристика имеет падающий вид. Относитель­ная величина падения напряжения при номинальном токе (I₂ = I_2H) указывается в паспорте трансформатора (e_К). Обычно эта величина показывает падение напряжения в процентах.

С помощью e_К определяют токи I_КЗ: I_1К = (100/е_К%)I_1.Н, I_2К = (100/е_К%)I_2.Н.

При опыте КЗ обмотка w₂ замыкается, а к обмотке w₁ подводят такое напряжение, при котором в обмотках возникают токи, равные номин. их значениям Ī_1.НОМ и Ī_2.НОМ.

При этом к обмотке w₁ подводится напряжение U_1.К ≈ U_1.НОМ/20.

U_1/К ≈ E_1.К = 4,44Ф_mf w_1.

Так как при напряжении U_1.НОМ/20 на обмотке w₁ магнитный поток Ф_m и магнитная индукция В_m также очень малы, то вследствие этого потери Р_М в магнитопроводе пропорциональны квадрату магнитной индукции В²_m и при опыте КЗ также ничтожно малы, т.е. Р_М ≈ 0 и им можно пренебречь.

При опыте КЗ вся мощность Р_КЗ в трансформаторе идет на нагрев его обмоток, т.е. равна электрическим потерям Р_Э в обмотках, т.к.

Р_КЗ = Р_Э1 + Р_Э2 = R₁ Ī²_1.НОМ + R₂ Ī²_2.НОМ = (R₁ + R’₂)Ī²_1.НОМ = Ī²_1.НОМ R_К.

П ри этом Р_М ≈ 0, а мощность Р_КЗ = Р_Э = Р_НОМ. Х_К = Х₁ + Х’₂ = √Z²_К + R²_К.

7) Описание лабораторной установки

Экспериментальное исследование однофазного трансформатора выполняется для одной из трех различных видов нагрузки (активной, емкостной и активно-индуктивной), а также без нагрузки, в режиме ХХ и при КЗ.

Параметры исследуемого трансформатора могут лежать в диапазоне:

U_2Н  50 В; S_2Н  250 ВА. Активное сопротивление обмотки R_2К  10 Ом.

В целях обеспечения безопасности питание стенда осуществляется от вторичной обмотки питающего трансформатора с регулируемым выходным напряжением U_2Н  50 В, S  100ВА при частоте сети f = 50 Гц.

8) Порядок выполнение работы:

1. Включить схему и установить требуемое номинальное U питание;

3. Измерить параметры при режиме ХХ работы трансформатора и записать табл. 7.1.

4. Вычислить коэффициент трансформации и коэффициент мощности Cos, полное и активное сопротивление трансформатора.

а) Здесь Р₁ – потери мощности на нагрев сердечника – Р_CT.

б ) Найти: Z₀ = U_1XX/I_1XX; R₀ = P_1XX/I₁²_XX; Х₀ =(Z₀²-R₀²). k_ТР = U_1XX/U_2XX.

5. Включить схему (рис. 7.7) для работы (опыта) под нагрузкой; при этом величина напряжения питание U_1Н должна оставаться прежней.

6. Измерить параметры схемы для 3-х значений R_Н, при U_1Н = const.

7. Заполнить табл. 7.2 в соответствии с измеренными параметрами.

8. Для проведения опыта короткого замыкания (рис. 7.7) необходимо вначале установить напряжение U_1Н = 0 на входе исследуемого трансформатора.

После этого включить схему согласно рисунка 7.7, обеспечив Rн = 0.

Полная электрическая схема стенда приведена на рис. 7.5.

1) Включить схему (рис. 7.6) для исследования режима холостого хода.

Постепенно повышая напряжение до U₁ = 2 - 4 В, получить ток в первичной обмотке w₁ равный току под нагрузкой I_1Н (смотри опыт под нагрузкой).

9. Заполнить табл. 7.3 в соответствии с измеренными параметрами.

Таблица 7.1

Измерено					Вычислено
N	U1. В	I1. А	P1 Вт	U2. В	k	Cos 1.	Z1. Oм	R1. Ом
1хх	U1. ХХ	I1. ХХ	P1. ХХ	U2. ХХ

Таблица 7.2

Измерено					Вычислено
N	I1н. А	U1н.В	U2н.В	I2н. А	Pн1.	Pн2.	cos 	Zk.Oм	Rн.Ом
1 н

Таблица 7.3

Измерено					Вычислено
N	I1н. А	U1k.В	P1м.	I2КЗ.А	cos 	R1.	R2.	Zk.Ом	I1k.А
1кз

10. Вычислить значение силы тока в обмотке w₂ при КЗ по формуле I₂ = kI₁.

11. Положив, что потери в меди распределены поровну в первичной и вторичной обмотках, вычислить активные сопротивления обмоток R₁ и R₂, полное сопротивление трансформатора Z_k и значение силы тока при коротком замыкании I_1k.

Z_ОБЩ = U₁/I₁; Z₁= Z_ОБЩ/2; Z₂’= k²Z₂; (Z₁=Z₂’); (7.16)

R_ОБЩ = P₁/I₁²; R₁= R_ОБЩ/2; R₂’k²R₂; (R₂’= R₁). (7.17)

Приведенные параметры: U₂’= kU₂; I₂’= (1/k)I₂; Z₂’= k²Z₂; R₂’= k²R₂; X₂’= k²X₂.

12. Вычислить КПД трансформатора  = P₂/P_1.(Подв).

 = P₂/(P₂+ P_М+ P_СТ) (7.18)

для cos₂ = 0,8; при ₂ = 0,4; ₃ = 0,6; ₄ = 0,8; ₅ = 1 и построить график  = ().

P₂= I₂U₂ cos ₂. (7.19)

Потери мощности в меди определяются суммой потерь в первичной и вторичной обмотках:

P_М = R₁I₁² +R₂I₂².(переменные потери). (7.20)

Для режима холостого хода справедливо выражение P_М = R₁I_Х². (7.21)

Исследуя функцию  = () на максимум, можно заметить, что при равенстве потерь в стали и меди КПД трансформатора максимален, т.е. если  - коэффициент нагрузки трансформатора

²P_М = P_СТ. тогда  = I₂/I₂ном. (7.22)

и ли  =P_СТ/P_М. , (S = UI - полезная (паспортная) мощность).

Так как обычно P_ст/P_м = 0,35÷0,5, то максимальный КПД трансформатора получается при коэффициенте нагрузки  = 0,6 ÷ 0,7, откуда S = (0,6÷0,7)Sном.