8.6. Режим холостого хода трансформатора

В режиме холостого хода (рис. 8.12) трансформатор по существу превращается в катушку с магнитопроводом, к обмотке которой с чис­лом витков w1 подключен источник синусоидального напряжения. Поэтому векторная диаграмма трансформатора при холостом ходе (рис. 8.13) подобна векторной диа­грамме катушки с магнитопроводом (рис. 7.8), а отличается от последней лишь некоторыми обозначениями и дополнительно построенным вектором ЭДС вторичной обмотки _2x.

Опытом холостого хода называется испытание трансформатора при ра­зомкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном первичном напряже­нии U_1x = U_lH0m. На основании это­го опыта по показаниям измерительных приборов определяют коэффициент трансформации и мощно­сти потерь в магнитопроводе

трансформатора. Опыт холостого хода является одним из двух обязательных контрольных опытов при за­водском испытании готового трансформатора.

При номинальном первичном напряжении U_1x= U_1H0m ток холо­стого хода I1х составляет 3—10 % номинального первичного тока I1ном (тем меньше, чем больше номинальная полная мощность транс­форматора), т. е. по (8.11а) U_1xE_lx. Кроме того, при разомкнутой цепи вторичной обмотки всегда (I_2х = Е_2х. Поэтому, измерив вольт­метром и первичное U_1x и вторичное U _2х напряжения в режиме хо­лостого хода, определяют коэффициент трансформации:

n₂₁= w₂ / w₁ = Е_2х / E_lx = U _2х / U_1x (8.13)

Этот коэффициент указывается на щитках трансформаторов в виде отношения номинальных напряжений трансформатора при холостом ходе, например «6000/230 В» (как отношение высшего напряжения к низшему).

Мощность потерь в трансформаторах при холостом ходе склады­вается из мощности потерь в магнитолроводе и мощности потерь в проводах первичной обмотки (r₁I²₁x).

При холостом ходе ток I_1х < I_1ном и мощность потерь в проводах ничтожна по сравнению с мощностью потерь в магнитопроводе (исклю­чение составляют лишь трансформаторы, номинальная полная мощ­ность которых меньше 1000 В-А). Поэтому опыт холостого хода слу­жит также для определения мощности потерь в магнитопроводе транс­форматора.

Мощность потерь в трансформаторе при холостом ходе мала. При номинальной полной мощности трансформаторов 5—50 кВ-А его

мощность потерь в режиме холостого хода со­ставляет лишь 1,4—0,9 % номинальной, а при номинальной полной мощности 1—10 MB -А— только 0,5—0,3 %. Тем не менее мощность потерь в магнитопроводе имеет важное прак­тическое значение, так как силовые транс­форматоры отключаются от первичной сети довольно редко.

Ток холостого хода _1х, как и ток катушки с магнитопроводом, состоит из реактивной I_1р, _х и активной I_1а, _х составляющих. Послед­няя определяется потерями в магнитопроводе на гистерезис и вих­ревые токи, а также добавочными потерями ( Добавочные потери — это потери из-за вибрации листов стали в местах их стыков и расположения шпилек вследствие неравномерного распределения индук­ции, потери в конструктивных деталях, зависящие от потока рассеяния, и т/д. Все добавочные потерн составляют 15—20 % основных потерь в магнитопро­воде.) .

Полезно иметь в виду, что в большинстве случаев активная со­ставляющая I_1а, _х меньше 0,1I_1р, _x, и поэтому можно считать, что ток холостого хода отстает по фазе от первичного напряжения практически на четверть периода, т.е. ф_1х /2 (рис. 8.13).

Опыт холостого хода при номинальном первичном напряжении U_1x ⁼ U1ном является основным при испытании трансформатора. Однако в ряде случаев, например при ограниченных возможностях охлаждения, важно знать, как изменится режим холостого хода транс­форматора при изменении первичного напряжения. Зависимости Р_1x=f(U_1x)и I_1x =F(U_1x) называются характеристиками холо­стого хода трансформатора (рис. 8.14). При постепенном, начиная с нуля, повышении первичного напряжения 0_1х сначала, пока магнито-провод не насыщен, ток I_1х увеличивается пропорционально напряже­нию; затем начнет сказываться насыщение магнитопровода (примерно при U_1x > 0,8U_1HOM) и ток холостого хода I_1х быстро нарастает.

Мощность потерь в магнитопроводе пропорциональна B² [cм. (7.11) и (7.12)], следовательно, и Ф², а так как действующее значение ЭДС

E_1x пропорционально Ф = Ф_m/(8.1а) иE_1x U_1x, то Р_1х пропор­циональна U²_1x.

Для большинства трансформаторов допустимый верхний предел длительного повышения напряжения при холостом ходе U_1x равен 1, U_1HOM чтo следует иметь в виду при экспериментах с трансформа­торами.