4.2 Опыт короткого замыкания

При отключенном напряжении сети вторичную обмотку замыкают накоротко, затем подают напряжение на обмотку ВН и увеличивают его от нуля до значения, обеспечивающего возрастание тока I₁ в пределах I₁ = 1,1 I_1ном

Задаваясь несколькими значениями тока I₁, строят зависимости

I_1к , Р_к , cosφ_к,_, Z_к = f (U_1к)

У казанные зависимости имеют вид:

Рис.4

Номинальное значение напряжения КЗ составляет 5-15% от значения U_1ном. Поэтому трансформатор в опыте КЗ работает при ненасыщенном магнитопроводе, а, следовательно, I_к ~ U_к , cosφ_к = const; Z_к = const

Мощность, измеренная ваттметром, содержит электрические потери

ΔР_эк = ΔР_э1 + ΔР_э2

и потери в стали магнитопровода трансформатора Р₀.

Причем

ΔРэ1 = I R1

ΔРэ2 = I R

То есть ΔР_эк = I R_к,

где Rк = R1 + R ≈ 2 R1

(19)

а Р₀ ~ U

Но поскольку в опыте КЗ I_к = I_1ном , а U_к мало, то потерями в стали магнитопровода пренебрегают, и следовательно

Рw ≈ ΔРэк = Рк

(20)

По измеренным значениям величин I_к , U_к и Р_w вычисляют:

Zк = Uк / Iк	(21)
Rк = Рк / I2к = R1 + R'2 ≈ 2 R1	(22)
Xк = = X1 + X'2 ≈ 2 X1	(23)
uк% = Uк 100 / U1ном	(24)
uка% = Rк Iк100 / U1ном	(25)
uкр% = = Xк Iк 100 / U1ном	(26)
сosφк = Рк / Uк Iк	(27)

В паспортных данных приводят номинальное значение напряжения короткого замыкания трансформатора u_кн%, которое создает при замкнутой накоротко обмотке НН номинальные значения токов I_1н и I_2н.

Экспериментально-расчетные данные, полученные в опытах ХХ и КЗ, используют для вычисления значений:

оптимального коэффициента нагрузки трансформатора

βопт =

(28)

падения напряжения во вторичной обмотке

Δu2 % = β (uка% сosφ2 + uкр% sin φ2)

(29)

КПД трансформатора

ή = Р2 /Р1 = Р2 / ( Р2 + Р0 + β2 Рк )

(30)

4.3 Внешние характеристики.

С увеличением нагрузки трансформатора напряжение на клеммах его вторичной обмотки изменяется. Зависимость этого напряжения от нагрузки выражается графи­чески внешними характеристиками трансформатора U₂ = f ( I₂). Вид внешней характеристики зависит от характера нагрузки и коэффициента мощности сosφ₂: при активной и активно-индуктивной на­грузках внешние характеристики имеют падающий вид, причем чем меньше коэффициент мощности сosφ₂ , тем больше наклон характеристики к оси абсцисс; при активно-емкостной нагрузке внешняя характеристика имеет восходящий вид (рис. 5).

Рис. 5

При любой нагрузке напряжение на клеммах вторичной обмотки трансформатора равно

U2 = U20 (1 – 0,01 Δu2 % ),

(31)

где U₂₀ = U_2ном — напряжение на вторичной обмотке в режиме холостого хода, принимаемое за номинальное напряжение на выходе трансформатора, В;

Δu_{2 %} – изменение вторичного напряжения, вызванное влиянием нагрузки трансформатора, %.

Для построения внешней характеристики трансформатора необходимо рассчитать не менее пяти значений вторичного напряжения U₂ при разных значениях коэффициента нагрузки β = I₂ / I_2ном, например при β = 0,25; 0,50; 0,75; 1,0 и 1,2.

Расчет Δu_{2 %} ведут по формуле (29)

Расчеты Δu_{2 %} выполняют три раза: при сosφ₂ = 1,0, сosφ₂ = 0,8 (нагрузка активно-индуктивная) и сosφ₂ = 0,8 (нагрузка активно-емкостная). В последнем случае получают отрицательные значения Δu_{2 %}. По результатам вычислений строят на общей координатной сетке три внешние характеристики. Проведя ординату при β = 1,0 (номинальная нагрузка), отмечают на характеристиках напряжения, соответствующие номинальной нагрузке трансформатора.