10.3.1. Опыт холостого хода трансформатора

Опыт холостого хода проводят при разомкнутой вторичной обмотке; подключают к ней только вольтметр, внутреннее сопротивление которого достаточно велико, и ток во вторичной обмотке не протекает (рис. 76).

Все параметры первичной и вторичной обмоток трансформатора при опыте холостого хода обозначены с индексом «0».

По первичной обмотке течет ток холостого хода , который создает поток Ф₀.

Зависимость тока холостого хода первичной обмотки от напряжения называется характеристикой холостого хода .

Она имеет тот же вид что и вольтамперная характеристика (ВАХ) любой катушки с магнитопроводом. По виду этой характеристики судят о магнитных свойствах материала сердечника. Обычно при проектировании трансформаторов амплитуду магнитной индукции (B_m) выбирают не более 1 Тл.

Опыт проводят при напряжении и токе от , где и – номинальные значения напряжения и тока первичной обмотки трансформатора.

По показаниям вольтметров в обмотках трансформатора можно найти его коэффициент трансформации:

.

Опыт холостого хода служит также для определения мощности потерь в магнитопроводе трансформатора.

Потери в стали – это потери, связанные с нагреванием сердечника, обусловленные, во-первых, мощностью, затраченной на перемагничивание сердечника, и во-вторых, мощностью, теряемой в сердечнике из-за наличия вихревых (индукционных) токов в нем.

Мощность, затраченная на перемагничивание сердечника, зависит от его материала (трансформаторная сталь, электротехническая сталь и т. д.), т. е. от формы петли гистерезиса материала, а мощность, создаваемая вихревыми токами, зависит от формы и конструкции сердечника (стержневой, броневой, тороид и т.д.).

Для уменьшения потерь в стали, сердечник делается не сплошной, а из пластин электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм, которые разделены между собой изоляцией.

Потери в стали сердечника для данного типа трансформатора – величина постоянная и не зависящая от нагрузки трансформатора. Тем не менее, потери в стали зависят от потока в сердечнике Ф₀, который создается током , а он, в свою очередь, зависит от напряжения, подаваемого на первичную обмотку трансформатора .

Таким образом, если уменьшать или увеличивать первичное напряжение, то потери в стали тоже будут меняться. Поскольку ваттметр W определяет всю мощность, забираемую трансформатором из сети (затраченную мощность ), а полезная работа не совершается () и потери в меди обмоток очень малы (P_м = R), то можно считать, что показание ваттметра – это и есть потери в стали P_ст , так как в общем случае: P₁ = P₂ +P_м +P_ст, где P₁ – мощость первичной обмотки трансформатора, P₂ – мощность вторичной обмотки трансформатора (полезная мощность), P_м и P_ст – потери в меди обмоток и в стали сердечника трансформатора соответственно.

Векторная диаграмма, представленная на рис. 77, строится для приведенного трансформатора, т. е. принимается, что , так как коэффициент трансформации такого трансформатора равен единице.

Уравнения равновесия трансформатора для режима холостого хода, на основании которого строится векторная диаграмма, следующие:

,

,

где – приведенное значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора.

При построении векторной диаграммы за основу берется вектор магнитного потока, который откладывается по вещественной оси, ток холостого хода опережает Ф₀ на угол  – угол магнитных потерь, зависящий от материала сердечника (обычно   7–10), ЭДС отстает от потока на угол , активное падение напряжения первичной обмотки совпадает по фазе с током, а индуктивное – опережает ток на угол ,  – угол сдвига фаз между напряжением и током первичной обмотки.

Значительное увеличение напряжения холостого хода недопустимо, так как вследствие насыщения сердечника может сильно увеличиться ток холостого хода. Обычно не должно быть больше 1,1 .

Опыт холостого хода трансформатора при номинальном первичном напряжении является основным при испытании трансформатора.