18. Определение параметров трансформатора из опытов холостого хода и короткого замыкания.

Параметры схемы замещения трансформатора можно определить по данным опытов холостого хода и короткого замыкания.

Режимом холостого хода трансформа­тора называют такой режим, когда его вторичная обмотка разомкнута, а к первичной обмотке подведено номинальное напряжение U_1Н. Основную долю тока холостого хода I₁₀ составляет намагничивающий ток I_ , который отстает по фазе от приложенного напряжения U_1Н на 90⁰ (рис. 2). Величина намагничива­ющего тока I_ определяется магнитными свойствами материала сердечника и величиной магнитного потока.

Активная составляющая тока холостого ходаI_10а совпадает по фазе с напряжением U_1Н и определяет потери мощности на перемагничивание стали сердечника. Величина этих потерь не зависит от нагрузки и определяется из опыта холостого хода

,

где _с  угол потерь в стали магнитопровода, в трансформаторах большой и средней мощности _с = 510.

Измерив силу тока холостого хода I₁₀ и потребляемую трансформатором мощность Р₀, согласно схеме замещения (рис. 1) находим

Т.к. ток холостого тока мал по сравнению с номинальным током трансформатора (в мощных трансформаторах I₁₀ = (0,0050,03) I_1H), электрическими потерями в R₁ пренебрегают и считают, что вся мощность, потребляемая трансформатором, расходуется на компенсацию магнитных потерь в стали магнитопровода. Тогда .

Аналогично считают X₁  0, т.к. поток взаимоиндукции Ф во много раз больше потока рассеяния первичной обмотки трансформатора. Поэтому .

В режиме холостого хода можно наиболее точно определить коэффициент трансформации:

k = U_1Н / U₂₀,

где U₂₀  напряжение на вторичной обмотке трансформатора при холостом ходе, принимаемое за номинальное, т.е. U_2H = U₂₀.

Режимом короткого замыкания трансформатора называют такой режим, когда выводы вторичной обмотки замкнуты накоротко (Z_Н = 0, U₂ = 0). Опыт короткого замыкания проводится при пониженном напряжении U_К на первичной обмотке, при токах в обмотках трансформатора, равных номинальным.

Мощность короткого замыкания Р_К обусловлена только электрическими потерями в обмотках трансформатора: ,

где R_К  активная составляющая сопротивления короткого замыкания, I_1Н  номинальный ток первичной обмотки.

относительное напряжение короткого замыкания при номинальном токе в процентах от номинального напряжения:

.

Аналогично выражают относительные значения его активной и реактивной составляющих:

.

Между электрическими потерями мощности Р_Э и потерями мощности короткого замыкания Р_К существует следующая зависимость:

,

где   коэффициент загрузки трансформатора, ;

I₁, I₂ – значения токов в обмотках трансформатора при данной нагрузке;

I_1H, I_2H – номинальные токи обмоток трансформатора.

Так как ЭДС вторичной обмотки пропорционален магнитному потоку то при его уменьшении уменьшается ЭДС, а вместе с ней и потеря мощности пропорциональна квадрату магнитного потока.

P_к.з.=I² _к.з.(R₁+R₂).

Эти опыты служат для определения КПД трансформатора:

19. Основные энергетические соотношения для трансформаторов, виды потерь.

КПД трансформатора, как и всякой другой машины, определяется отношением полезной мощности ко всей подведённой. Полезной мощностью для трансформатора является мощность, снимаемая с вторичной обмотки, , а подведённой - мощность, идущая из сети в первичную обмотку. Так как в трансформатореравен 0,96-099, то непосредственное определение его по формулене даёт точных результатов из-за того, что ошибка в измерении соизмерима с погрешностью прибора.

Электрические потери в трансформаторе складываются из потерь в меди , вызванных нагреванием проводников обмоток трансформатора, и потерь в стали, вызванных гистерезисом и вихревыми потоками в сердечнике.

В таком случае КПД трансформатора может быть выражен упрощённой формулой

Потери мощности в меди определяются как сумма потерь в первичной и вторичной обмотках: .

Потери мощности в стали определяются величиной и частотой изменения магнитного потока и от нагрузки не зависят.

При работе трансформатора в рабочем режиме. Напряжение на вторичной обмотке считают равным номинальному напряжению , потери в стали постоянными. На практике при работе трансформатора ток во вторичной обмоткене всегда равен номинальному току. Поэтому вводится коэффициент нагрузкии КПД трансформатора определяется по следующей формуле: .

Исследовав функцию на максимум, убеждаемся, что максимальный КПД трансформатора получается при равенстве потерь в меди и в стали, т.е. если,то

.

Так как обычно , то максимальный КПД трансформатора получается при коэффициенте нагрузки 0,6…0,7, значит,