5.1.3 Схема замещения трансформатора
Расчеты
токов и напряжений в трансформаторе
могут быть сведены к обычным расчетам
цепей переменного тока. Для этой цели
составляется эквивалентная схема
замещения трансформатора, процессы в
которой описываются теми же уравнениями,
что и в реальном трансформаторе. В
соответствии с уравнениями (5.12, 5.16, 5.18)
может быть построена схема замещения
трансформатора (рисунок 5.3, а). Благодаря
выполнению операции приведения магнитную
связь между обмотками трансформатора
можно заменить электрической. При этом
в схему замещения вводится цепь
намагничивания, имеющая сопротивление
,
которое рассчитывается так, чтобы
выполнялось условие
.
Подобная
схема замещения получила название
Т-образной. Все параметры Т-образной
схемы замещения не могут быть найдены
экспериментальным или расчетным путем.
Поэтому на практике используется
Г-образная схема замещения трансформатора,
в которой ветвь с током намагничивания
вынесена к зажимам источника питания.
Это сделано из предположения, что ток
намагничивания остается постоянным во
всех режимах работы. Такое преобразование
схемы замещения вносит небольшую
погрешность в расчеты, однако параметры
получившейся Г-образной схемы замещения
(рисунок 5.3, б) могут быть непосредственно
измерены с помощью опытов холостого
хода и короткого замыкания трансформатора.
Активные и реактивные сопротивления
первичной и вторичной обмоток на
Г-образной схеме замещения обычно
объединяются, где
,
.
а) б)
Рисунок 5.3 - Т-образная и Г-образная схемы замещения
трансформатора
5.1.4 Опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора
Опыт холостого хода проводится в соответствии со схемой, показанной на рисунке 5.4. У трансформаторов мощностью более 100 ВА относительная величина тока холостого хода при номинальном напряжении составляет:
.
(5.19)
Рисунок 5.4 - Схема опыта холостого хода трансформатора
Активная
мощность в режиме холостого хода
определяется главным образом магнитными
потерями в сердечнике, так как при
небольшом токе холостого хода потери
в меди (падение напряжения на активном
сопротивлении), первичной обмотки,
незначительны. Опыт холостого хода
проводится при номинальном напряжении
на первичной обмотке трансформатора.
По данным опыта холостого хода определяют
параметры
и
Г- образной схемы замещения трансформатора:
,
,
.
(5.20)
Опыт
короткого замыкания трансформатора
проводится по схеме, показанной на
рисунке 5.5. При этом вторичная обмотка
трансформатора замыкается накоротко,
а к первичной обмотке подводится
пониженное напряжение
при котором ток в первичной обмотке
равен номинальному
.
Напряжение
обычно выражают в процентах:
,
(5.21)
и
называют относительным напряжением
короткого замыкания трансформатора.
Для трансформаторов большой мощности
обычно составляет 5 – 10 %.
Рисунок 5.5 - Схема опыта короткого замыкания трансформатора
В
режиме короткого замыкания составляющая
намагничивающего тока
первичной обмотки в сотни раз меньше
токов
и
,
так как
.
Поэтому в Г-образной схеме замещения
трансформатора ветвью с током
намагничивания
можно пренебречь и принять
.
Потери мощности в опыте короткого
замыкания определяются главным образом
потерями в меди (падениями напряжения
на активных сопротивлениях) первичной
и вторичной обмоток. Параметры схемы
замещения определяются по следующим
формулам:
,
,
.
(5.22)
Величину используют при расчете тока эксплуатационного короткого замыкания. Этот режим возникает при коротком замыкании вторичной обмотки трансформатора при напряжении на первичной обмотке, равном номинальному. В этих условиях эксплуатационное короткое замыкание является аварийным режимом, при котором токи и намного превышают номинальные значения. Установившееся значение тока в первичной обмотке при эксплуатационном коротком замыкании:
.
(5.23)
Кроме того, в переходном процессе при коротком замыкании максимальное значение тока короткого замыкания, получившее название ударного тока, может значительно превышать ток короткого замыкания в установившемся режиме.