8. Режим работы и опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора.

При работе трансформатора в режиме хх его вто­ричная обмотка разомкнута. По первичной обмотке, включенной в цепь переменного тока, протекает ток холостого хода I₀ (2-10% от Iном). Произведение этого тока на число витков Wt первичной обмотки определяет м. д. с. первичной об­мотки, которая связана с максимальным магнитным потоком от­ношением

, где R_M— магнитное сопротивление.

В то же время при постоянной частоте магнитный поток зависит только от величины э. д. с

, откуда

Для первичной цепи напряжение

При хх падение напряжения I₀ Z₁ очень мало, оно не превышает 0,5% от U₁ и им можно пренебречь, тогда

т. е. подведенное к трансформатору напряжение U₁ уравновеши­вается практически только э. д. с. E₁. Магнитный поток в этом случае

При разомкнутой вторичной обмотке трансформатора э. д. с. на зажимах этой обмотки E₂=U₂₀, откуда

где U₂₀— напряжение на выводах вторичной обмотки трансфор­матора в режиме холостого хода; k — коэффициент трансформации.

Режим хх позволяет определить величину магнит­ных потерь в магнитопроводе Т. Потери в Т слагаются из потерь в стали на гистерезис и вихревые токи и потерь в меди. В современных Т потери в стали составляют: при мощности Т 5 кВа 1,2—1,8%, при 100 кВа 0,6—0,9%, при большей мощности 0,2—0,5% номинальной мощности.

Рис. 8.6. Векторная диа­грамма холостого хода трансформатора

Рис.8.7 Опыт холостого хода трансформатора

Работа трансформатора в режиме хх ха­рактеризуется векторной диаграммой. Вектор э. д. с. Е₁, наведенной магнитным потоком Ф, отстает от вектора магнит­ного потока Ф на 90° и откладывается вниз. Вследствие явления гистерезиса и вихревых токов магнитный поток отстает на неко­торый угол от тока xx I₀. Угол - угол магнитных потерь (магнитного запаздывания). обычно невелик и угол сдвига фаз между I и U приближается к 90°. .

Опыт хх проводят по схеме, приведенной на рис. 8.7, а; при этом по показаниям измерительных приборов определяют: U первичной це­пи, I₀ и мощность хх Р₀. Порядок измерений следующий: с помощью ЛАТРа постепенно повышая U, подводимое к первичной обмотке Т, от U₀=0,5 U_H до U₁= 1,2 U_H, делают ряд измерений величин I, U и P. По данным измерений строят кривые зависимостей I₀= I( U₁) (рис. 8.7, б) и P₀=f (U₁₎ (рис. 8.7, в). Зависимость P₀=f (U₁) имеет параболический характер, так как ( а при хх E₁=U₁). Значения P₀, I₀ и , соответствующие Uн, находят по построенным кривым. I₀ в Т большой мощности составляет 2—4% от I_H а в Т средней и малой мощности достигает 10%-40% от I_H.

В режиме кз сопротивление внешней цепи = 0, т. е. вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко. Этот режим следует рас­сматривать как аварийный. При нем во вторичной обмотке транс­форматора протекает I, во много раз превышающий Iном.

Для проведения опята кз к первичной обмотке подводят пониженное напряжение U_K._З., при котором токи в обмотках I₁ и I₂ имеют номинальные значения. Это пониженное U, выраженное в процентах от номинального, называется U короткого замыкания:

обычно указывается на его щитке-паспорте. Для силовых Т оно составляет от 5,5 до 10,5%, причем чем больше мощность Т, тем выше зна­чение u _KЗ

Величиной определяется и кратность

Векторная диаграмма для режима кз (рис 8.10) строится так же, как и векторная диа­грамма работы трансформатора под нагрузкой. Векторы E₁ и E₂' отстают от вектора магнитного потока Ф на 90⁰. Вектор тока I₂ отстает от вектора э.д.с. Ё₂' на угол Ψ₂. Так как U_K._З, приложенное к первичной обмотке Т, невелико и I₀ будет мал, то им можно пренебречь. Тогда вектор тока I₁ будет сдвинут относительно вектора тока I₂ на 180° и равен ему по величине. Если прене­бречь током Iо, то .

Вектор падения напряжения I₂' r₂' на активном сопротивлении г₂' совпадает по фазе с вектором тока I₂', а вектор падения напря­жения jI₂'x₂' на реактивном сопротивлении x₂' сдвинут по фазе на 90⁰ относительно вектора тока I₂', он откладывается от конца вектора I₂'r₂'. Вектор U_1К.З оп­ределится в результате сложения векторов I₁r₁ и jI₁x₁. Для этого отложим вверх составляющую напряжения – E₁ геометрически сложим с ней векторы I₁r₁ и jI₁x₁. Этому режиму соответствует упрощенная схема замеще­ния, приведенная на рис. 8.11, так как при коротком замыкании трансформатор может быть представлен в виде цепи, состоящей из пос­ледовательно соединенных активных и индуктивных соп­ротивлений первичной и вто­ричной обмоток.

Опыт кз производят по схеме. Чтобы иметь в цепи меньшие I, выгоднее подводить U к обмотке ВН, а обмотку НН замыкать накоротко. Постепенно повышая U, подводимое к первичной обмотке трансформатора, от 0,3 U_H доводят его до величины, при которой I в обмотках будут равны номинальным. При этом измеряют мощность и напря­жение.

Если в трехфазном трансформаторе I и U в фазах отличаются друг от друга, то ток кз:

Мощность кз определя­ется как алгебраическая сумма показаний двух ваттметров:

По данным опыта кз нахо­дят полное сопротивление кз трансформатора

Активное и реактивное сопротивления :

Коэффициент мощности при кз

Опыт кз позволяет определить потери в меди. Так как U, приложенное к трансформатору, не­значительно и магнитный поток мал, потерями в стали можно пре­небречь.