6.3 Работа трансформатора в режиме холостого хода

Режим холостого хода – такой режим работы электрического трансформатора, при котором его вторичная цепь разомкнута, и ток в ней равен нулю (i₂ = 0).

Под действием приложенного напряжения u₁ по первичной обмотке протекает ток , возбуждающий в магнитопроводе магнитное поле .

Большая часть магнитного потока замыкается в магнитопроводе. Однако небольшая часть этого потока замыкается вокруг витков только первичной обмотки, образуя поток рассеяния, и не индуктирует напряжение взаимоиндукции во вторичной обмотке.

В первичной обмотке индуктирует напряжение

(6.8)

где – индуктивность рассеяния первичной обмотки электрического трансформатора;

– индуктивное сопротивление рассеяния этой обмотки.

Кроме того, первичная обмотка обладает резистивным сопротивлением r₁. На рисунке 6.2 представлена схема замещения электрического трансформатора с учетом резистивных сопротивлений r₁ и r₂ первичной и вторичной обмоток и их индуктивностей рассеяния и

Рисунок 6.2. - Схема замещения трансформатора в режиме холостого хода

Составим уравнение для первичной цепи по II закону Кирхгофа в комплексной форме

(6.9)

Рисунок 6.3. - Векторная диаграмма напряжений и тока трансформатора в режиме холостого хода

На рисунке 6.3 представлена векторная диаграмма напряжений и токов, построенная в соответствии с (6.9).

Опытом холостого хода называется испытание электрического трансформатора при разомкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном приложенном к первичной обмотке напряжении .

Для проведения опыта холостого хода собирается электрическая цепь согласно схеме рисунка 6.4.

Рисунок 6.4. - Схема электрической цепи для проведения опыта холостого хода трансформатора

При ток составляет 3...10 % от номинального первичного тока . Следовательно, в формуле (6.9) слагаемыми и можно пренебречь. Тогда имеем:

(6.10)

При разомкнутой цепи вторичной обмотки

(6.11)

поэтому, измерив вольтметром PV1 первичное напряжение и вольтметром PV2 – вторичное напряжение , определяют коэффициент трансформации по напряжению

(6.12)

Этот коэффициент указывается на щитках электрических трансформаторов как отношение высшего напряжения к низшему (например К = 6000/230).

При холостом ходе и мощность потерь в проводах первичной обмотки (потери в меди) мала по сравнению с потерями на вихревые токи (потери в стали) . Поэтому в опыте холостого хода по показаниям ваттметра определяют мощность потерь в магнитопроводе.

6.4 Опыт короткого замыкания

Необходимо различать опыт короткого замыкания и режим короткого замыкания, так как в последнем случае имеет место аварийный режим электрического трансформатора, при котором он сильно разогревается может произойти сгорание трансформатора.

Опыт короткого замыкания — испытание электрического трансформатора при короткозамкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном токе в первичной обмотке

. (6.13)

Этот опыт проводится при аттестации электрического трансформатора для определения важнейших параметров:

• мощности потерь в проводах обмоток (потери в меди) ;

• внутреннего падения напряжения;

• коэффициента трансформации и др.

Опыт короткого замыкания (рис.6.5), как и опыт холостого хода, обязателен при заводских испытаниях.

Рисунок 6.5. - Схема электрической цепи для проведения опыта короткого замыкания трансформатора

В опыте короткого замыкания (U₂ = 0) напряжение U_M2k, индуктируемое во второй обмотке равно

(6.14)

где – напряжение на резистивном сопротивлении вторичной обмотки;

–напряжение на индуктивном сопротивлении рассеяния вторичной обмотки.

Напряжение первичной обмотки в опыте короткого замыкания при токе составляет 5...10 % от номинального. Поэтому действующее значение напряжения индукции U_M2k составляет лишь 2...5 % от действующего значения U_M2 в рабочем (номинальном) режиме.

Пропорционально значению U_M2 уменьшается магнитный поток в магнитопроводе, а вместе с ним и мощность потерь в магнитопроводе , пропорциональная

Следовательно, в опыте короткого замыкания почти вся мощность трансформатора равна мощности потерь в проводах первичной и вторичной обмоток (потери в меди):

(6.15)

Значение этой мощности определяется по показаниям ваттметра (рис.6.5). и - токи в опыте короткого замыкания соответствующих обмоток трансформатора, определяемые по показаниям амперметров и

При коротком замыкании в уравнении (6.7) составляющая ничтожно мала, по сравнению с двумя другими составляющими, и ею можно пренебречь, следовательно

и коэффициент трансформации

Таким образом, опыт короткого замыкания может служить для определения коэффициента трансформации К.