28. Режим короткого замыкания однофазного трансформатора

Опыт короткого заыкания: а – схема включения; б – схема замещения

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_1ном. Ваттметр измеряет мощность потерь в режиме короткого замыкания P_к.

Поскольку X₀, R₀ существенно больше сопротивлений обмоток, то ток I_1к = I_1ном практически замыкается по внешнему контуру. Мощность потерь

P_к = (R₁ + R_2;¢)I_{1; 2ном} = 2R_2;¢I_1;2ном, откуда R_2;¢ = R₁ = P_к/(2I_{1; 2ном}); R₂ = R_2;¢/n².

Сопротивление R_к = R₁ + R_2;¢ называют активным сопротивлением короткого замыкания. Полное сопротивление короткого замыкания

где X_к = X₁ + X_2;¢ – реактивное сопротивление короткого замыкания. Из формулы следует X_к = , X₁ = X_2;¢ = X_к/2, X₂ = X_2;¢/n².

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 однофазного трансформатора.

Трансформатором называется статический электромаг-нитный аппарат, служащий для преобразования электроэнергии переменного тока с одними параметрами (U, I, их форма и начальная фаза) в электроэнергию с другими параметрами при сохранении частоты переменного тока неизменной

Режим нагрузки трансформатора. В режиме нагрузки вторичная цепь замкнута на нагрузочное сопротивление и по ней проходит ток I .

Рис. 29. Трансформатор под нагрузкой.

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:

.

Напряжению источника u₁(t) = U_1msinωt соответствует магнитный поток

,

где Φ_m = U_1m/(ωw₁) – амплитуда магнитного потока.

Таким образом, амплитуда Φ_m основного потока определяется амплитудой питающего напряжения и остается почти неизменной в режимах от холостого хода до номинального.

Определим ЭДС e₁, e₂

.

Действующие значения ЭДС первичной и вторичной обмоток:

.

Коэффициентом трансформации n трансформатора называют отношение

.

При повышающем трансформаторе w₂ > w₁, при понижающем - w₁> w₂ .Для получения нескольких значений вторичного напряжения, на тот же магнитопровод наматывают несколько вторичных обмоток с разным числом витков.

На практике коэффициентом трансформации называют отношение номинального высшего напряжения трансформатора к номинальному низшему (под номинальным понимают напряжение в режиме холостого хода). Тогда коэффициент трансформации

n =  ,

и для любого трансформатора n ≥ 1

Таким образом, при подключении первичной обмотки трансформатора к источнику питания переменного напряжения на зажимах вторичной обмотки индуцируется переменная ЭДС Е₂ и вторичная обмотка становится источником питания, к которой подключаются приемники.