10.3.2. Опыт короткого замыкания трансформатора

Опыт короткого замыкания трансформатора проводят при пониженном напряжении на первичной обмотке, номинальном вторичном токе I_2к = I_2ном и короткозамкнутой вторичной обмотке.

Условие проведения опыта – напряжение (U_1к) первичной обмотки должно составлять от 5 до 12 % U_1ном, а ток вторичной обмотки не должен превышать I_2ном. (рис. 78). Этот опыт служит для определения важнейших параметров трансформатора: мощности потерь в проводах обмоток, внутреннего падения напряжения и т. п.

Уравнение равновесия трансформатора при коротком замыкании следующее:

так как U_2к = 0.

Действующее значение E_2к составляет 2–5 % E₂ в рабочем режиме. Пропорционально значению ЭДС уменьшается магнитный поток в сердечнике, а вместе с ним намагничивающий ток и мощность потерь в магнитопроводе, пропорциональная Ф². Следовательно, можно считать, что при опыте короткого замыкания вся мощность P_1к трансформатора равна мощности потерь в проводах первичной и вторичной обмоток, а потерями в стали сердечника (из-за их относительной малости) можно пренебречь.

P_1к = R₁ I_1к² + R₂ I_2к² = R₁ I_1к² + . (10.1)

Так как намагничивающим током ввиду его малости можно пренебречь, то на основании уравнения (10.1) .

Тогда

,

где R_к – активное сопротивление короткого замыкания трансформатора.

По мощности потерь в трансформаторе при коротком замыкании вторичной обмотки и номинальном значении первичного тока определяется активное сопротивление короткого замыкания трансформатора

.

Чтобы обеспечить минимальные размеры трансформатора, конструкторы выбирают такие плотность тока в проводах и индукцию в магнитопроводе, которые соответствуют предельно допустимой температуре нагревания при работе трансформатора. По этой причине для определения мощности потерь в обмотках нагруженного трансформатора значение R_к, найденное из опыта короткого замыкания должно быть пересчитано (приведено к температуре 75 С).

Индуктивное сопротивление короткого замыкания можно считать не зависящим от температуры, поэтому оно определяется непосредственно из результатов опыта

.

Зная R_к, x_к, Z_к, можно определить активную и индуктивную составляющие напряжения короткого замыкания (U_к.а и U_к.р).

Напряжение короткого замыкания U_1к является важным параметром трансформатора, на основании которого определяются изменения вторичного напряжения нагруженного трансформатора. Этот параметр должен указываться на щитке трансформатора и в его паспорте.

10.3.3. Режим работы трансформатора под нагрузкой

Режим работы трансформатора под нагрузкой – это режим работы трансформатора, при котором на его вторичную обмотку подключается потребитель с изменяющейся величиной тока (рис. 79).

Уравнения равновесия приведенного трансформатора:

;

,

где – приведенные значения напряжения, ЭДС и тока вторичной обмотки.

(1)

Выведем уравнение намагничивающих сил трансформатора. Если при режиме холостого хода поток в сердечнике

,

где – комплексное значение тока холостого хода в первичной обмотке; – число витков первичной обмотки; – магнитное сопротивление, то при нагрузке

,

где – ампер-витки первичной обмотки; – ампер-витки вторичной обмотки.

Исходя из принципа саморегулирования трансформатора, необходимо, чтобы поток холостого хода всегда равнялся бы потоку в сердечнике при рабочем режиме для любой нагрузки (Ф₀ = Ф), тогда можно записать:

.

Если разделить последнее выражение на число витков первичной обмотки w₁, получим

,

где – обратная величина коэффициента трансформации К. Обозначим

–,

где – приведенное значение тока во вторичной обмотке.

Учитывая вышесказанное, уравнение токов имеет вид

.

На основании последнего уравнения и двух уравнений равновесия приведенного трансформатора можно построить векторную диаграмму нагруженного трансформатора.