2 Опыт холостого хода

Холостым ходом трансформатора называют такой режим работы, при котором его вторичная обмотка разомкнута и, следовательно, вторичный ток равен нулю. При этом по первичной обмотке протекает ток (ток холостого хода)I_о, который представляет собой геометрическую сумму активной I_oа и реактивной I_oр составляющих тока холостого хода, т.е.

Реактивная составляющая тока холостого хода, которую называют также намагничивающим током, идёт на создание основного магнитного потока.

Активная составляющая тока холостого хода определяется потерями холостого хода и подводимым напряжением

Активная составляющая тока холостого хода по сравнению с намагничивающим током настолько незначительна (обычно I_oа < 10% от I_о), что ею можно пренебречь. Считают, что ток, измеренный при опыте холостого хода, является намагничивающим, т.е.

I_о ≈ I_ор

Ток холостого хода силовых трансформаторов при номинальном подводимом напряжении U_н и номинальной частоте f₁ составляет 2 – 10% от номинального тока. Нижний предел соответствует трансформаторам большой мощности, верхний ─ трансформаторам малой мощности.

Активная мощность Р_о, потребляемая трансформатором при холостом ходе, расходуется на покрытие потерь в трансформаторе.

Эти потери состоят из:

а) потерь в стали магнитопровода (потери от гистерезиса и вихревых токов) Р_с;

б) потерь в обмотке, к которой подводится напряжение при опыте (потери на нагрев обмотки холостого хода)

Потери мощности в обмотке трансформатора, вследствие малых величин тока холостого хода и активного сопротивления самой обмотки, практически незначительны и ими обычно пренебрегают. Считают, что вся мощность, потребляемая трансформатором при холостом ходе, расходуется на покрытие потерь в стали, т.е.

Р_о = Р_с

Опыт холостого хода трансформатора производят с целью определения величин тока холостого хода I_о и мощности холостого хода Р_о при номинальном подводимом напряжении (U_н и номинальной частоте f_н, а также с целью снятия характеристик холостого хода).

Характеристики холостого хода трансформатора представляют собой зависимости тока I₀ , потребляемой мощности Р_о и коэффициента мощности cosφ_о от подводимого напряжения к первичной обмотке U_о при разомкнутой вторичной, т.е. І_о, Р_о и cosφ_о = f(U_o) при f_н = const и I₂ = o.

Схема для проведения опыта холостого хода представлена на рис. 5.6.

При проведении опыта подводимое к первичной обмотке трансформатора напряжение изменяют при помощи индукционного регулятора. Его мощность должна быть в несколько раз больше мощности холостого хода испытуемого трансформатора. Это необходимо для того, чтобы во время опыта не искажалась кривая напряжения, подводимого к первичной обмотке трансформатора.

Измеряют подводимое напряжение при помощи вольтметра (V₁ с переключением или со свободно присоединёнными проводниками («щупами»)). Предел измерения вольтметра должен быть не менее 1,25 номинального напряжения первичной обмотки трансформатора.

Чтобы исключить влияние несимметрии подводимого напряжения на результаты измерений, измеряют все три линейные напряжения и за подводимое напряжение принимают среднее арифметическое.

Ток холостого хода измеряют во всех трёх фазах обмотки трансформатора и за окончательную величину его принимают среднее арифметическое. Различие значений токов холостого хода в фазах первичной обмотки объясняется несимметричностью магнитной цепи трансформатора.

Мощность холостого хода определяют по показаниям трехфазного ваттметра KW с учётом коэффициента трансформации трансформаторов тока.

Опыт холостого хода производят в такой последовательности. Подключают к сети индукционный регулятор (включают рубильник Р₁). Ротор его устанавливают в таком положении, при котором напряжение на его выходных зажимах будет минимальным. Затем включают трансформатор (рубильник SA2(1)). Устанавливают на зажимах первичной обмотки трансформатора напряжение, равное (1,2 – 1,3) от номинального U_Н, и снимают первую точку характеристик холостого хода. После чего, уменьшая подводимое напряжение при помощи индукционного регулятора через примерно равные промежутки до возможного минимума, снимают 8-10 точек. Один из замеров должен быть при номинальном подводимом напряжении. Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу.

Таблица 5.2 – Результаты измерений в опыте холостого хода

№ п/п	U, (B)	UАВ (А)	UВС (В)	UАС (В)	IА (А)	ІВ (А)	ІС (А)	Uо (В)	Іо (А)	Ро (Вт)	cos φо	cos φо,расч
1	150	150	150	150	0,03	0,03	0,03	150	0,03	6	0,73	0,76
2	250	250	250	250	0,066	0,066	0,066	250	0,066	18	0,55	0,62
3	300	300	300	300	0,14	0,14	0,14	300	0,14	24	0,25	0,33
4	380	380	380	380	0,4	0,4	0,4	380	0,4	44	0,15	0,17
5	412	412	412	412	0,64	0,64	0,64	412	0,64	65	0,12	0,14

Необходимые вычисления производят по формулам:

На основании данных опыта строят характеристики холостого хода, примерный вид которых представлен на рисунок 5.7.

J₀, P₀

cos φ₀

cos φ₀

J₀

P₀

U₀

0

Рисунок 5.7 - Характеристики холостого хода трансформатора

Рисунок 5.7,а - Характеристики холостого хода трансформатора,

полученные в ходе выполнения работы

Характер зависимости тока холостого хода I_о от подводимого напряжения U_о определяется его реактивной составляющей, изменение которой обусловлено насыщением магнитной цепи трансформатора. Если подводимое напряжение значительно меньше номинального, то магнитная цепь не насыщена и зависимость I_o = f(U_o) прямолинейна. По мере насыщения реактивная составляющая тока холостого хода растёт быстрее подводимого напряжения и кривая I_{0 =} f(U_o) отгибается кверху. При насыщенном состоянии магнитной цепи трансформатора незначительное увеличение подводимого напряжения приводит к резкому увеличению тока холостого хода. Потери холостого хода Р_о, как указывалось выше, расходуются в основном на покрытие потерь в стали, пропорциональных квадрату индукции и частоте в степени (1.2 – 1.3). По условию опыта частота остаётся неизменной, индукция же практически пропорциональна подводимому напряжению В U_o. Следовательно, потери холостого хода Р_о практически пропорциональны квадрату подводимого напряжения. Зависимость Р_о = f(U_o) на графике будет иметь вид параболы.

Характер кривой cosφ_o = f(U_o) объясняется изменением реактивной составляющей тока холостого хода. По мере насыщения магнитной цепи трансформатора реактивная составляющая тока холостого хода резко возрастает. Угол сдвига между током холостого хода и подводимым напряжением увеличивается, а коэффициент мощности cosφ_о уменьшается. На основании данных опыта или по характеристикам холостого хода определяют значения тока І_о, мощности Р_о и коэффициента мощности cosφ_о, которые соответствуют номинальному напряжению, подводимому к первичной обмотке трансформатора.

Ток холостого хода в процентах от номинального определяют по формуле:

Активную и реактивную составляющие его вычисляют по формулам:

Определим также их соотношения:

Кроме того, по данным опыта определяют параметры холостого хода трансформатора:

а) полное фазное сопротивление обмотки:

б) активную составляющую полного фазного сопротивления

r_o = z_o cos φ_o или ;

в) реактивную составляющую полного фазного сопротивления обмотки

Параметры холостого хода трансформатора зависят от насыщения магнитной цепи и изменяются с изменением подводимого к трансформатору напряжения. Практический интерес эти величины представляют для номинального подводимого к трансформатору напряжения, при котором обычно их и определяют.