27. Режим холостого хода однофазного трансформатора

Рис. 3.7. Опыт холостого хода трансформатора: а – схема включения; б – схема замещения

В лаборатории проводят опыт холостого хода c целью определения коэффициента трансформации, мощности потерь в магнитопроводе, магнитого потока Фm

Опыт холостого хода в лаборатории проводят согласно схемы рис. , а. Как видно из рис. а схема содержит амперметр, ваттметр и два вольтметра. Большое внутреннее сопротивление вольтметра PV2 практически обеспечивает режим холостого хода (I2 ≈ 0). В это время по первичной обмотке проходит небольшой ток I1x равный 4-10% от I1ном. В опыте холостого хода на первичную обмотку подается номинальное напряжение U1ном, а вторичная обмотка разомкнута (I2=0). Показание амперметра РА1 равно I0, а ваттметр измеряет мощность потерь при холостом ходе Px. Приведем порядок расчета параметров транс­форматора по U1ном, I0, P0, U2x согласно схемы замещения на рис. 3.7, б.

Находим коэффициент трансфор­мации n = U1ном/U2х = E1/E2. активная мощность, потребляемая в режиме х.х. Px, почти целеком затрачивается на перемагничивание. Мощностью потерь на нагрев первичной обмотки можно пренебречь R1I21x. . Магнитные потери Px

Зависят от частоты тока f, от массы и сорта стали, они прапорциональны квадрату напряжения: . При неизменном U₁ P_x=const и являются паспортным данным трансформатора. Это так называемые пстоянные потери.

28. Режим короткого замыкания однофазного трансформатора

Рис. 3.8. Опыт короткого за­мыкания:а – схема включения; б – схема замещения

Опыт короткого замыкания проводится по приведенной схеме, ниже - схема замещения для режима короткого замыкания приведена.

Опыт проводится при пониженном напряжении U_1к, которое устанавливается экспериментально: при отключенном напряжении на входе замыкают накоротко зажимы вторичной обмотки. Затем медленно увеличивают U₁ до значения U_1к, при котором показание амперметра равно I_1k=I_1ном I_2k=I_2ном. Ваттметр измеряет мощность потерь в режиме короткого замыкания P_к. Необходимость пониженого напряжения вызвана многократным возростанием тока при Z_н=0. Режим КЗ трансформатора в условиях эксплуатации когда U₁=U_1ном является тяжелой оварией.

Мощность потребляемая в этом режиме, расходуется на покрытие электрических потерь в обмотках:

Электрические потери прапорциональны квадрату тока и поэтому являются переменнымми.

Из опыта КЗ определяется сопротивление обмоток трансформатора

Напряжение U_1к является важным параметром трансформатора и указывается на его щитке (в %). Активная U_1к,а, %, и реактивная U_1к,а, %, составляющие напряжения U_1к, %:

;

29. Нагрузочный режим и векторная диаграмма однофазного трансформатора

1. Трансформатор:

а – конст­рукция; б – схема замещения

. Векторная диаг­рамма трансформатора

Замкнем ключ во вторичной цепи, т. е. установим рабочий режим. Под действием ЭДС взаимоиндукции во вторичной цепи появится ток i₂. МДС i₂w₂ создает магнитный поток Ф₂, который для указанных на рис. 1, а направлений намотки витков и положительных направлений токов i₁, i₂ устремлен навстречу потоку Ф_1х, что соответствует правилу Ленца. Это явление называют размагничивающим действием вторичного тока. Результирующий магнитный поток Ф в правильно сконструированном трансформаторе практически зависит только от амплитуды U_1m напряжения источника, поэтому размагничивающее действие вторичного тока компенсируется возрастанием тока (и потока) первичной обмотки от значения i₀ до некоторого рабочего значения i₁. Тогда результирующий (рабочий) поток Ф ≈ Ф_1х создается результирующей МДС i₁w₁ – i₂w₂ ≈ i₀w₁. Рабочий поток Ф создает в первичной обмотке ЭДС самоиндукции е₁ и во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции е₂:

.

Векторную диаграмму можно строить по уравнениям тока, ЭДС или для приведенной схемы трансформатора. Удобнее диаграмма для приведенного трансформатора, поскольку благодаря U₁ ≈ U_2;¢ не возникает проблемы выбора масштаба. В реальном трансформаторе ток холостого хода наряду с реактивной составляющей I; ×_р0, создающей в магнитопроводе основной магнитный поток Ф, имеет активную I; ×_а0, обусловленную тепловыми потерями в магнитопроводе на вихревые токи и гистерезис. Ток I_a0 не превышает 10% от I₀. Угол δ = arctg(I_ax/I_px) = arctg(R₀/X₀) называют углом потерь. Реактивная составляющая совпадает по фазе с потоком. Пусть нагрузка Z_н трансформатора имеет активно-индуктивный характер, т. е. Z_н = R_н + jX_н. Диаграмма строится следующим образом. Из точки О в произвольном направлении строим вектор I; ×_2;¢ и для заданной нагрузки (φ_н > 0) в направлении опережения U; ×_2;¢. Добавляем к U; ×_2;¢ вектор R_2;¢I; ×_2;¢, параллельный I; ×_2;¢, и вектор jX_2;¢I; ×_2;¢, опережающий I; ×_2;¢ на 90°. Сумма этих трех векторов образует –E; ×_2;¢. ЭДС E; ×_2;¢ = E; ×₁ направляем в противоположную –E; ×_2;¢ сторону. Затем строим вектор потока F;×, опережающий –E; ×_2;¢=E; ×₁ на 90°. Вектор тока холостого хода I; ×₀ опережает F;× на угол δ. У реальных трансформаторов δ = 5 10°. Суммируя I; ×₀ и I; ×₂, получаем вектор первичного тока I; ×₁. Далее построения идут по первому уравнению ЭДС . К –E; ×₁ добавляем вектор R₁I; ×₁, сонаправленный с I; ×₁, и вектор jX₁I; ×₁, опережающий I; ×₁ на 90°. Сумма этих трех векторов определяет U; ×₁; U; ×₁ » U; ×_2;¢.