3. Приведенный трансформатор

Цель приведения – составить схему замещения трансформатора, обеспечивающую исследования и расчеты его основных режимов работы.

Условия приведения: физические процессы приведенного трансформатора должны быть аналогичны процессам реального трансформатора, то есть должны быть одинаковы мощности и углы сдвига фаз между векторами ЭДС, напряжений, токов приведенного и реального трансформаторов.

Схема замещения приведенного трансформатора показана на рис. 2б. Она содержит два контура: намагничивающий и рабочий (в котором протекает ток - I₂′).

Поскольку на оба контура подается одно и то же напряжение, необходимо выполнить еще одно условие приведения трансформатора:

К = 1,

то есть W₂′ = W₁, где W₂′ – число витков обмотки НН, приведенного трансформатора.

Рис.2

Обозначив индексом «штрих» величины приведенного трансформатора, можно записать:

I2′ = I2/К	Z2′ = Z2 К2
Е2′ = Е2/К	R2′ = R2 К2
U2′ = U2/К	X2′ = X2 К2

Целесообразно также привести и нагрузку Z_н к числу витков первичной обмотки трансформатора:

Zн′ = Zн К2

Rн′ = Rн К2

Xн′ = Xн К2

На схеме намагничивающий контур показан последовательно соединенным активным R_m и индуктивным X_m сопротивлениями. Величина R_m эквивалентна сопротивлению контура, формирующему активные потери мощности в магнитопроводе трансформатора при возникновении тока I₀. Величина X_m является сопротивлением взаимной индукции обмоток трансформатора.

По схеме замещения нетрудно составить уравнения электрического равновесия обмоток ВН и НН трансформатора на основе первого и второго законов Кирхгофа:

U1 = - Е1 + I1 R + jI1 X1 Е2 = U′2 + I′2 R′2 + jI′2 X′2 I1 = I0 + (- I2′)

В реальных условиях возможны следующие режимы работы трансформатора:

режим холостого хода (хх) – обмотка НН разомкнута;

режим нагрузки – обмотка НН замкнута на нагрузку Z_н;

режим короткого замыкания (КЗ) – обмотка НН замкнута накоротко (Z_н = 0),

ток I₂ = max, то есть в десятки и сотни раз больше, чем I_2ном

4. Испытание трансформатора косвенным методом

Для определения параметров и характеристик трансформатора проводят опыты ХХ и КЗ

4.1 Опыт холостого хода

П ри разомкнутой вторичной обмотке на обмотку ВН подают напряжение U₁ и, изменяя его в заданных пределах, измеряют U₁₀ , U₂₀ ,I₁₀ ,P₀.

З атем строят зависимости Z_m, R_m, X_m, I_10, P_0, cosφ₀ = f(U₁₀)

Рис.3 Характеристики холостого хода трансформатора

Характер зависимостей можно объяснить следующим образом: активное сопротивление R_m = , т.е. R_m ~ где μ_r – магнитная проницаемость материала магнитопровода. В свою очередь, значение величины μ_r изменяется в зависимости от напряженности магнитного поля (Н₀ ~ I₀) и степени насыщения магнитопровода.

Мощность, измеряемая ваттметром, обусловлена потерями активной мощности в стали (Р₀) и в обмотке ВН (ΔР_э1) трансформатора:

Р_w = Р₀ + ΔР_э1

Но поскольку Р₀ ~ U²₁₀, ΔР_э1 ~ I²₀, а I₀ = (0,02…0,1) I_1ном, то в опыте ХХ потерями ΔР_э1 можно пренебречь. Следовательно,

Рw ≈ Р0

(13)

По данным опыта ХХ вычисляют:

К = U10 / U20	(14)
cosφ0 = Р0/ U10 I0	(15)
Zm = U10 / I0	(16)
Rm = Р0 / I20	(17)
Xm =	(18)

Примечание:

при правильно выполненных вычислениях R_m < X_m < Z_m и cosφ₀ = 0,15-0,3