1.5. Опыт холостого хода (х.Х.)

В этом опыте к первичной обмотке подключают номинальное напряжение; к вторичной - вольтметр V₂ (см. рис. 1.3), имеющий очень большое сопротивление, поэтому считают I₂ = 0, a I₁ – много меньше номинального (I₁ = 0,05 I_1H). Поэтому из опыта Х.Х. определяются:

1. Коэффициент трансформации.

U₁ /U₂ ≈ E₁ /E₂ = k - для понижающего трансформатора;

U₂ /U₁ = К - для повышающего трансформатора.

2. Мощность потерь в стали (магнитопроводе) трансформатора.

При I₂ = 0 и минимальном I₁ потерями в обмотках (меди) пренебрегают, поэтому ваттметр W показывает мощность потерь в стали: Р_ХХ = ΔР_С.

Так как приведенные выше зависимости для потерь на гистерезис и вихревые токи не зависят от нагрузки трансформатора (токов I₁ и I₂), то и потери в стали не зависят от нагрузки: ΔР_С = const.

1.6. Опыт короткого замыкания (к.З.)

В этом опыте вторичная обмотка замыкается накоротко, а напряжение U₁ на первичной обмотке устанавливают такой величины, чтобы ток в ней был равен номинальному I₁ = I_1H (см. рис. 1.4).

Из опыта К.З. находят:

1. Напряжение короткого замыкания, которое обычно равно:

U_1К=(0,05...0,1)U_1Н.

2. Потери в меди (обмотках).

Поскольку U_1K << U_1Н, то и Ф_К << Ф_Н, следовательно, потерями в стали можно пренебречь и считать, что вся мощность, потребляемая трансформатором в режиме К.З., выделяется в виде тепла на активных сопротивлениях обмоток:

.

Потери в меди, в отличие от потерь в стали, зависят от нагрузки трансформатора. Обозначим β = I₁/I_1H = I₂/I_2H, где β - коэффициент нагрузки и определим потери в меди при нагрузке, отличной от номинальной:

.

1.7. Номинальная мощность трансформатора

Под номинальной мощностью S_H понимают мощность, которую он способен передать нагрузке, не нагреваясь выше допустимой для него температуры.

При расчетах, учитывая высокий КПД трансформаторов (90% и выше), считают, что полная мощность вторичной цепи равна полной мощности первичной цепи.

.

Отсюда получаем: .

Следовательно, во сколько раз напряжение вторичной обмотки меньше напряжения первичной, во столько же раз ток вторичной обмотки больше тока в первичной обмотке, т.е. в k раз (или меньше - для повышающего трансформатора).

1.8. Расчет кпд трансформатора по данным опытов х.Х. И к.З.

.

(1.7)

При P₂ = U_2НI₂cosφ₂ = S₂ cosφ₂, где cosφ₂- коэффициент мощности нагрузки; S₂ = U_2HI₂ = U_2HI_2Hβ = S_Hβ.

Тогда при P₂ =βS_H cos φ₂ и ΔР_СТ = Р_ХХ, Р_М = β²Р_КЗ получаем:

.

(1.8)

1.9. Трехфазные трансформаторы

Трансформирование трехфазного тока может осуществляться тремя однофазными трансформаторами (рис. 1.5).

Вместо группы из трех трансформаторов может быть применен один трехфазный трансформатор (рис. 1.6). На каждом из трех стержней, набранных из листовой стали и объединенных сверху и снизу ярмом, расположены первичная и вторичная обмотки одной фазы. Начальные выводы обмотки высшего напряжения обозначаются буквами: А, В, С (или С1, С2 и СЗ), конечные выводы — буквами X, У,Z (или С4, С5 и С6). Для начальных выводов обмоток низшего напряжения применяются обозначения малыми буквами, например а, b, с и х, у, z.

Магнитные потоки трех фаз Ф₁ Ф₂ и Ф₃ сдвинуты относительно друг друга во времени на одну треть периода или по фазе на 120°.Мгновенное значение их суммы равно нулю. Поэтому поток в любом из стержней в каждый момент времени равен алгебраической сумме потоков двух других стержней. Трехфазный трансформатор меньше по массе и габаритам группы из трех однофазных трансформаторов. Однако один однофазный трансформатор из трехфазной группы меньше по массе и габаритам и легче транспортируется, чем трехфазный трансформатор на полную мощность. Кроме того, при группе однофазных трансформаторов в качестве резерва достаточно иметь один запасный трансформатор (1/3 общей мощности), в то время как при одном трехфазном трансформаторе для резерва нужно иметь другой трансформатор на полную мощность. Преимущества группы однофазных трансформаторов сказываются при больших мощностях. Наоборот, трансформаторы средней и малой мощности выполняются обычно как трехфазные (трехстержневые).

Как первичные, так и вторичные обмотки трансформаторов могут быть соединены звездой (символY или Yo при выведенной нулевой точке) или треугольником (символ Δ). Таким образом, могут быть соединения Y/Y, Y/Δ, Δ/Δ и Δ/Y. Существуют и другие, более сложные соединения, например соединения типа «зигзаг».

В России обычно применяются группы соединений Y/Yо, Y/Δ и Yo/Δ, которые являются основными.

Для групп Y/Y и Δ/Δ отношение линейных напряжений на первичной и вторичной сторонах равно коэффициенту трансформации , т. е. U_1Л = kU_2Л.

При соединении Y/Δ: .

А при соединении Δ /Y: .

Кроме способа соединения обмоток, на щитке трансформаторов обычно указывается и условное обозначение группы соединений трансформаторов, например Y/Y - 12 или Y/Δ - 11. Цифры 12 и 11 означают, что углы между векторами первичных и вторичных линейных ЭДС равны углам между часовой и минутной стрелками часов в указанное время. При цифре 12 угол сдвига 0°, а при 11 - угол сдвига 30°.