6.3 Робота електричного трансформатора в режимі холостого ходу

Режим холостого ходу - такий режим роботи електричного трансформатора, при якому його вторинний коло розімкнутий, і струм у ній дорівнює нулю ( = 0).

Під дією прикладеної напруги по первинній обмотці протікає струм , що збуджує в магнітопроводі магнітне поле .

Більша частина магнітного потоку замикається в магнітопроводі. Однак невелика частина цього потоку замикається навколо витків тільки первинної обмотки, створюючи потік розсіювання , і не індукує напругу взаємоіндукції у вторинній обмотці.

У первинній обмотці індукується напруга

, (6.8)

де - індуктивність розсіювання первинної обмотки електричного трансформатора;

- індуктивний опір розсіювання цієї обмотки.

Крім того, у первинній обмотці присутній резистивний опір. На рис. 6.2 представлена схема заміщення електричного трансформатора з обліком резистивних опорів і первинної й вторинної обмоток і їхніх індуктивностей розсіювання і .

Рис. 6.2. Схема заміщення трансформатора в режимі холостого ходу

Складемо рівняння для первинного кола по II законі Кірхгофа в комплексній формі

. (6.9)

На рис. 6.3 представлена векторна діаграма напруг і струмів, побудована відповідно до (6.9).

Дослідом холостого ходу називається випробування електричного трансформатора при розімкнутому колі вторинної обмотки й номінальному прикладеному до первинної обмотки напрузі .

Рис. 6.3. Векторна діаграма напруг і струму трансформатора в режимі холостого ходу

Для проведення досвіду холостого ходу збирається електричне коло відповідно до схеми рис. 6.4.

ЕТ

Рис. 6.4. Схема електричного кола для проведення досвіду холостого ходу трансформатора

При струм становить 3...10 % від номінального первинного струму . Отже, у формулі (6.9) доданками = ⋅ та можна зневажити. Тоді маємо:

. (6.10)

При розімкнутому ланцюзі вторинної обмотки

. (6.11)

Тому, вимірявши вольтметром PV1 первинну напруга і вольтметром PV2 - вторинну напруга , визначають коефіцієнт трансформації

Цей коефіцієнт вказується на щитках електричних трансформаторів як відношення вищої напруги до нижчого (наприклад, K = 6000 / 230).

При холостому ході << і потужність втрат у проводах первинної обмотки (втрати в міді) мала в порівнянні із втратами на вихрові струми (втрати в сталі) .

Тому в досвіді холостого ходу за показниками ватметра визначають потужність втрат у магнітопроводі.

6.4 Дослід короткого замикання

Необхідно розрізняти досвід короткого замикання й режим короткого замикання, тому що в останньому випадку має місце аварійний режим електричного трансформатора, при якому він сильно розігрівається й може відбутися загоряння трансформатора.

Дослід короткого замикання – випробування електричного трансформатора при короткозамкненому колі вторинної обмотки й номінальному струмі в первинній обмотці

. (6.13)

Цей дослід проводиться при атестації електричного трансформатора для визначення найважливіших параметрів:

• втрат потужності у проводах обмоток (втрати в міді) ;

• внутрішнього спадання напруги;

• коефіцієнта трансформації й ін.

Досвід короткого замикання (рис. 6.5), як і досвід холостого ходу, обов'язковий при заводських випробуваннях.

Рис. 6.5. Схема електричного кола для проведення досвіду короткого замикання трансформатора

У досліді короткого замикання ( = 0) напруга , що індукується у вторинній обмотці дорівнює

, (6.14)

де – напруга на резистивному опорі вторинної обмотки;

– напруга на індуктивному опорі розсіювання вторинної обмотки.

Напруга первинної обмотки в досліді короткого замикання при струмі становить 5-10 % від номінального . Тому діюче значення напруги індукції становить лише 2-5 % від діючого значення у робочому (номінальному) режимі.

Пропорційно значенню зменшується магнітний потік у магнітопроводі, а разом з ним і потужність втрат у магнітопроводі , яка пропорційна .

Отже, у досвіді короткого замикання майже вся потужність трансформатора дорівнює потужності втрат у проводах первинної й вторинної обмоток (втрати в міді):

. (6.15)

Значення цієї потужності визначається за показниками ватметра (рис. 6.5). і - струми в досвіді короткого замикання відповідних обмоток трансформатора, обумовлені за показниками амперметрів рА1 і рА2.

При короткому замиканні в рівнянні (6.7) складова мізерно мала, у порівнянні із двома іншими тридцятимільйонними, і нею можна зневажити, отже

,

і коефіцієнт трансформації

Таким чином, дослід короткого замикання може служити для визначення коефіцієнта трансформації К.