6.3 Работа электрического трансформатора в режиме холостого хода

Режим холостого хода – такой режим работы электрического транс-форматора, при котором его вторичная цепь разомкнута, и ток в ней равен нулю (. )02=i

Под действием приложенного напряжения по первичной обмотке протекает токi, возбуждающий в магнитопроводе магнитное поле Ф. 1ux10

Большая часть магнитного потока замыкается в магнитопроводе. Однако небольшая часть этого потока замыкается вокруг витков только первичной обмотки, образуя поток рассеяния , и не индуктирует на-пряжение взаимоиндукции u во вторичной обмотке. SФ2M

В первичной обмотке Ф индуктирует напряжение 0

xLSxSSIxIfLu111112⋅==π,

(6.8)

где – индуктивность рассеяния первичной обмотки электрического трансформатора; 1SL

1LSx – индуктивное сопротивление рассеяния этой обмотки.

Кроме того, первичная обмотка обладает резистивным сопротивле-нием . На рисунке 6.2 представлена схема замещения электрического трансформатора с учетом резистивных сопротивлений и первичной и вторичной обмоток и их индуктивностей рассеяния и . 1r1r2r2S1SLL

141

i=0iuuuuuuФrrLL2102211x1rLS11MSSL221

Рисунок 6.2 – Схема замещения трансформатора в режиме холостого хода

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

11111LLSxUUrIU&&&&++⋅=.

(6.9)

На рисунке 6.3 представлена векторная диаграмма напряжений и то-ков, 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 UнxU11=.

Фrjx10211111xxxMSL1UU=UIII

Рисунок 6.3 – Векторная диаграмма напряжений и тока трансформа-тора в режиме холостого хода

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

142

1211211xxxUUIVpVpVpWpAAVЭТW**z2

Рисунок 6.4 – Схема электрической цепи для проведения опыта холостого хода трансформатора

При ток составляет 3…10 % от номинального первич-ного тока . Следовательно, в формуле (6.9) слагаемыми U и U можно пренебречь. Тогда имеем: нxUU11=нI1xI1&xI11LS&xSIjx11&⋅=rr11&=⋅

11LxUU&&=.

(6.10)

При разомкнутой цепи вторичной обмотки

22MxUU=,

(6.11)

поэтому, измерив вольтметром 1PV первичное напряжение и вольт-метром 2xU1PV – вторичное напряжение , определяют коэффициент трансформации xU2121212wwUUUUKxxLМ=≈=.

(6.12)

Этот коэффициент указывается на щитках электрических трансфор-маторов как отношение высшего напряжения к низшему (например, 2306000/К=).

При холостом ходе << и мощность потерь в проводах первич-ной обмотки (потери в меди) мала по сравнению с потерями на вихре-вые токи (потери в стали) . Поэтому в опыте холостого хода по показа-ниям ваттметра xI1сPнI11МPpW определяют мощность потерь в магнитопроводе.

6.4 Опыт короткого замыкания

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

143

Опыт короткого замыкания – испытание электрического трансфор-матора при короткозамкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном то-ке в первичной обмотке

нкII11=.

(6.13)

Этот опыт проводится при аттестации электрического трансформа-тора для определения важнейших параметров:

- мощности потерь в проводах обмоток (потери в меди) ; МP

- внутреннего падения напряжения;

- коэффициента трансформации и др.

Опыт короткого замыкания (рисунок 6.5), как и опыт холостого хода, обязателен при заводских испытаниях. 111кккUpWpApA122VAW**UU2Mww1LA

Рисунок 6.5 – Схема электрической цепи для проведения опыта ко-роткого замыкания трансформатора

В опыте короткого замыкания (02=U) напряжение , индукти-руемое во второй обмотке равно кMU2

кSккМIxjrIU22222&&&⋅⋅+⋅=,

(6.14)

где – напряжение на резистивном сопротивлении вторичной обмот-ки; 22rIк⋅

кSIx22⋅ – напряжение на индуктивном сопротивлении рассеяния вто-ричной обмотки.

Напряжение первичной обмотки в опыте короткого замыкания при токе составляет 5-10 % от номинального U. Поэтому дейст-вующее значение напряжения индукции составляет лишь 2-5 % от действующего значения U в рабочем (номинальном) режиме. кU1нкII11=н1кMU22M

144

Пропорционально значению U уменьшается магнитный поток Ф в магнитопроводе, а вместе с ним и мощность потерь в магнитопроводе , пропорциональная Ф. 2M0сP20

Следовательно, в опыте короткого замыкания почти вся мощность трансформатора равна мощности потерь в проводах первичной и вто-ричной обмоток (потери в меди): кP1

MкккPrIrIP≈⋅+⋅=2221211.

(6.15)

Значение этой мощности определяется по показаниям ваттметра 1рW (рисунок 6.5). и – токи в опыте короткого замыкания соответ-ствующих обмоток трансформатора, определяемые по показаниям ампер-метров кI1кI2

1 рА и 2 рА.

При коротком замыкании в уравнении (6.7) составляющая 11wIx⋅ ничтожно мала, по сравнению с двумя другими составляющими, и ею можно пренебречь, следовательно

ккIwIw2211⋅≈⋅,

и коэффициент трансформации ккIIwwK2112≈=.

Таким образом, опыт короткого замыкания может служить для опре-деления коэффициента трансформации К.