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).

В место 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).

К ак первичные, так и вторичные обмотки трансформаторов могут быть соединены звездой (символ Y 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°.