Опыт холостого хода трансформатора

Режимы работы трансформаторов

Различают несколько режимов работы трансформаторов:

1. Номинальный режим, т.е. режим при номинальных значениях напряжения и тока первичной обработки трансформатора

.

1. Рабочий режим, при котором напряжение первичной обмотки близко к номинальному или равно ему, а ток определяется нагрузкой трансформатора.
2. Режим холостого хода, т.е. режим ненагруженного трансформатора, при котором цепь вторичной обмотки разомкнута (или подключена к нагрузке с очень большим сопротивлением (например, вольтметр).
3. Режим короткого замыкания трансформатора, при котором его вторичная обмотка замкнута накоротко (или подключена к нагрузке с очень малым сопротивлением (например, амперметр).

Режим холостого хода и короткого замыкания возникают при авариях. Эти режимы могут создаваться специально для испытания трансформаторов на заводах изготовителях в опытах холостого хода и короткого замыкания.

Опытом холостого хода называют испытание трансформатора при разомкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном напряжении на первичной обмотке. Схема для проведения опыта холостого хода приведена на рис.14.1. Полагая, что измерительные приборы не вносят в режим работы трансформатора сколько-нибудь ощутимых изменений, получаем возможность измерить ряд его параметров, а затем дополнить это ряд расчетами.

Так, показания амперметра при определяют номинальное значение тока холостого хода -. Учитывая, что этот ток составляет 3¸ 10% от номинального тока первичной обмотки для мощных трансформаторов и до 40% для маломощных, можем рассчитать значение номинального тока первичной обмотки

. (14.1)

Кроме этого, при разомкнутой цепи вторичной обмотки всегда. Это значит что

.

Измерив вольтметрами и легко определить коэффициент трансформации

. (14.2)

Мощность потерь в трансформаторе при холостом ходе складывается из мощности потерь в магнитопроводе - Р_с и в проводах - Р_пр. Мощность потерь в магнитопроводе пропорциональна квадрату магнитной индукции - В ², а значит и квадрату напряжения первичной обмотки -. Так как, то и потери в магнитопроводе соответствуют номинальному значению.

Потери в проводах вторичной обмотки отсутствуют, так как. Потери в проводах первичной обмотки пропорциональны квадрату тока холостого хода (). Но ток холостого хода пренебрежимо мал в сравнении с номинальным, поэтому и мощность потерь в проводах ничтожна по сравнению с мощностью потерь в магнитопроводе. Отсюда следует, что показания ваттметра в опыте холостого хода определяют только потери в магнитопроводе - Р_с.

Следует учитывать, что потери Р_с складываются из потерь на гистерезис и дополнительных потерь на вихревые токи, потерь в деталях конструкции и потерь из-за вибрации листов стали магнитопровода. Однако, эти дополнительные потери не превышают 20% от общих.

В ряде случаев важно знать, как изменится ток холостого хода трансформатора при изменении напряжения на первичной обмотке. Зависимость приведена на рис. 14.2. Она называется характеристикой холостого хода трансформатора.

V

A

W

V

Тр

U (t)

Рис. 14.1

При малых значениях значение магнитной индукции мало. Магнитопровод не насыщен, поэтому увеличивается пропорционально напряжению. При увеличении начинает сказываться насыщение магнитопровода и приращение тока холостого хода увеличивается. Поэтому магнитопровод трансформатора проектируют так, чтобы при значение магнитной индукции находилось в пределах 1,6¸ 1,7 Тл. При таком значении магнитной индукции увеличение до 1,2 не приводит к критическому увеличению тока холостого хода и допустимо в течение длительного времени.

0,8

1,2

I

1 X

I

1 X

н

U

1 X

U

1H

Рис. 14.2

2. Опыт короткого замыкания
трансформатора

Опытом короткого замыкания называется испытание трансформатора при короткозамкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном токе первичной обмотки. Схема для проведения опыта короткого замыкания приведена на рис. 14.3. Опыт проводится для определения номинального значения тока вторичной обмотки, мощности потерь в проводах и падения напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора.

Рис. 14.3

А

A

W

V

Тр

U (t)

При коротком замыкании цепи вторичной обмотки, ток в ней ограничивается только малым внутренним сопротивлением этой обмотки. Поэтому, даже при относительно небольших значениях ЭДС Е ₂, ток I ₂ может достигнуть опасных величин, вызвать перегрев обмоток, разрушение изоляции и выход трансформатора из строя. Учитывая это, опыт начинают при нулевом напряжении на входе трансформатора, т.е. при. Затем постепенно увеличивают напряжение первичной обмотки до значения, при котором ток первичной обмотки достигает номинального значения. При этом ток вторичной обмотки, измеренный по амперметру А _2, принимают равным номинальному. Напряжение называют напряжением короткого замыкания.

Величина напряжения первичной обмотки в опыте короткого замыкания мала и составляет 5 ¸ 10% от номинального. Поэтому и действующее значение ЭДС вторичной обмотки Е ₂ составляет 2 ¸ 5%. Пропорционально значению ЭДС уменьшается магнитный поток, а значит и мощность потерь в магнитопроводе - Р_с. Отсюда следует, что показания ваттметра в опыте короткого замыкания, практически определяют только потери в проводах Р_пр, причем:

. (14.3)

Выразим ток I_2К через приведенный ток:

.

Учтем, что, а также что.

Тогда выражение (11.3) перепишем в виде:

, (14.4)

где R_К - активное сопротивление трансформатора в режиме короткого замыкания, причем:

. (14.5)

Значение активного сопротивления трансформатора позволяет рассчитать его индуктивное сопротивление:

.

При точном расчете нужно учитывать, что R_К зависит от температуры. Поэтому полное сопротивление трансформатора определяют приведенным к температуре 75⁰С, т.е.:

.

Теперь легко определить падение напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора -:

.

На практике пользуются приведенным значением U_К, в процентах, обозначая его звездочкой, т.е.:

. (14.6)

Это значение приводят на паспортном щитке трансформатора.

Знание внутреннего сопротивления трансформатора позволяет представить его схему замещения в виде рис.14.4. Векторная диаграмма, соответствующая этой схеме приведена на рис. 14.5.

Векторная диаграмма позволяет определить уменьшение напряжения на выходе трансформатора D U за счет падения напряжения на его комплексном сопротивлении. Величина D U определяется как расстояние между прямыми, выходящими из точек начала и конца вектора и параллельными оси абсцисс. Из диаграммы видно, что эта величина складывается из катетов двух прямоугольных треугольников, гипотенузы которых и, а острые углы равны j₂.

Ů

U '

İ

I'

Z

K

Рис. 14.4

X

K

I

1 K

φ

Ī'

Ū '

Δ U

Z

K

I

1 K

R

K

I

1 K

φ

φ

Рис. 14.5

Поэтому:

.

На практике пользуются относительной величиной D U, в процентах, обозначенной звездочкой, т.е.:

. (14.7)

Для мощных трансформаторов (S_H > 1000 В×А) опыт короткого замыкания может служить для контроля коэффициента трансформации. Для таких трансформаторов в режиме короткого замыкания током холостого хода можно пренебречь, считая:

.

Поэтому:

. (14.8)

Последнее выражение тем точнее, чем больше мощность трансформатора. Однако оно не приемлемо для маломощных трансформаторов.

Дата добавления: 2014-01-06