2.5.3.Режим нагрузки трансформатора

Векторные диаграммы при нагрузке строят по уравнениям (2.16). Вид векторной диаграммы зависит от характера нагрузки (рис. 2.14).

Векторная диаграмма а рис. 2.14 соответствует активно-индуктивной нагрузке, а векторная диаграмма б - активно-емкостной нагрузке.

Сопоставляя обе диаграммы, можно заключить, что при и увеличение активно-индуктивной нагрузки вызывает снижение напряжения , а при увеличении активно-емкостной нагрузки напряжение возрастает. Это объясняется тем, что при активно-индуктивной нагрузке происходит некоторое размагничивание трансформатора (поток Ф уменьшается, так как ток имеет составляющую, направленную навстречу току ), а при активно-емкостной нагрузке трансформатор дополнительно намагничивается (поток Ф возрастает, так как ток имеет составляющую, совпадающую с ).

Для оценки диапазона изменения напряжения вводится величина , представляющая собой арифметическую разность между вторичным напряжением трансформатора при холостом ходе ( ) и при номинальной нагрузке ( ). Напряжение первичной обмотки принимается постоянным и равным номинальному .

. (2.18)

Для расчета примем допущение , тогда, используя

упрощенную схему замещения (рис.2.15), получим

. (2.19)

Уравнению (2.19) соответствует векторная диаграмма, представленная на рис. 2.16. Из векторной диаграммы следует, что

.

Подставляя приближенное выражение для в уравнение (2.18), получим

.

Отрезок можно выразить через составляющие напряжения короткого замыкания:

,

где . Учитывая, что , , получим для простое выражение

.

На рис. 2.17 представлена зависимость при .

Максимальное снижение напряжения имеет место при , а при напряжение не зависит от нагрузки.

2.6.Экспериментальное исследование трансформатора

Теоретические положения, рассмотренные выше, лежат в основе расчета и проектирования трансформаторов. Но в силу принятых допущений результаты расчетов требуют экспериментальной проверки. Целью экспериментальных исследований является проверка соответствия расчетных значений параметров схемы замещения трансформатора и основных режимных показателей опытным данным. Основную информацию можно получить из двух опытов: опыта холостого хода и опыта короткого замыкания.

2.6.1.Опыт холостого хода

Схема опыта имеет вид, представленный на рис. 2.18.

Опыт проводят для значений напряжения первичной обмотки . Регулирование напряжения осуществляется с помощью индукционного регулятора ИР. Измерительный комплект ИК используется для измерения фазных значений токов, напряжений и активной мощности. По данным измерений строят зависимости тока намагничивания , потерь холостого хода , коэффициента мощности и сопротивления холостого хода , , в функции напряжения . Вид этих зависимостей показан на рис. 2.19. Их называют характеристиками холостого хода. Из схемы замещения (рис.2.9) следует, что

;

;

.

В силовых трансформаторах сопротивления и в десятки раз меньше сопротивлений намагничивающего контура и . Поэтому с достаточной степенью точности можно считать, что параметры холостого хода равны параметрам намагничивающей цепи:

; ; .

Это же допущение позволяет считать равными модули ЭДС и напряжения первичной обмотки и, следовательно, приближенно определить коэффициент трансформации

.

Ток холостого хода в силовых трансформаторах лежит в пределах , поэтому электрические потери в первичной обмотке невелики, и все потери холостого хода можно полагать равными потерям в стали . Потери в стали, как отмечалось выше, пропорциональны , а на холостом ходу они будут пропорциональны и , поэтому зависимость имеет параболический характер. Потери холостого хода и ток холостого хода , определенные при номинальном напряжении, являются паспортными величинами трансформатора и приводятся в справочниках.

Зависимость является обращенной магнитной характеристикой трансформатора, так как . Нелинейный характер зависимостей и объясняет и сильную зависимость параметров холостого хода и от напряжения .

Соответствие тока намагничивания , потерь холостого хода , коэффициента мощности и параметров и расчетным данным проверяется для номинального напряжения .