Опыт холостого хода

Холостой ход – режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке , .

Уравнения напряжений и токов принимают следующий вид:

;

,

Магнитный поток  в трансформаторе является переменным, поэтому магнитопровод непрерывно перемагничивается, в нем имеются магнитные потери от гистерезиса и вихревых токов, наводимых переменным магнитным потоком в пластинах электротехнической стали.

Ток холостого хода  имеет две составляющие: активную , обусловленную магнитными потерями, и реактивную , представляющую собой намагничивающий ток,

.

Обычно активная составляющая тока холостого хода невелика, не превышает 10% от тока I0, и поэтому не оказывает заметного влияния на ток холостого хода.

Рис.1.6

Так как полезная мощность при работе трансформатора на холостом ходу равна нулю, то активная мощность P0, потребляемая в этом режиме, расходуется на магнитные потери в магнитопроводе PM и на

Рис 1.7

электрические потери в первичной обмотке .

Учитывая, что ток холостого хода I0 обычно не превышает 2-10 % от номинального тока первичной обмотки , электрическими потерями можно пренебречь и считать потерями холостого хода магнитные потери в электротехнической стали магнитопровода.

Электрическая схема замещения и векторная диаграмма трансформатора имеют следующий вид (рис.1.6, 1.7).

Угол , на который вектор результирующего магнитного потока  отстает по фазе от тока , называют углом магнитных потерь. Этот угол увеличивается с ростом активной составляющей тока холостого хода , т.е. с ростом магнитных потерь в магнитопроводе трансформатора.

1.5. Опыт короткого замыкания

Короткое замыкание – режим работы трансформатора при замкнутой накоротко вторичной обмотке , .

В условиях эксплуатации, когда к первичной обмотке подведено номинальное напряжение , короткое замыкание является аварийным режимом, представляет большую опасность для трансформатора. Только установившийся ток короткого замыкания превышает номинальный ток в 10-20 раз.

Опыт короткого замыкания не представляет опасности для трансформатора, так как к первичной обмотке подводят пониженное напряжение, при котором токи в обеих обмотках равны номинальным.

Это пониженное напряжение называется номинальным напряжением короткого замыкания и обычно выражают в процентах от номинального

.

Ранее было установлено, что результирующий магнитный поток в магнитопроводе трансформатора приблизительно пропорционален напряжению первичной обмотки. Следовательно, в опыте короткого замыкания результирующий магнитный

Рис. 1.9

Рис.1.8

поток в магнитопроводе мал, для его создания требуется настолько малый намагничивающий ток, что им можно пренебречь, и поэтому схема замещения не содержит ветви намагничивания.

Уравнения напряжений и токов принимают следующий вид:

,

,

где Zk - сопротивление трансформатора при опыте короткого замыкания; rk, xk - активная и реактивная составляющие сопротивления Zk.

Электрическая схема замещения и векторная диаграмма представлены на рис.1.8, 1.9.

Прямоугольный треугольник  называют треугольником короткого замыкания, а его катеты являются активной  и реактивной  составляющими напряжения короткого замыкания

,

.

Так как при опыте короткого замыкания результирующий поток мал по сравнению с его значением при номинальном напряжении первичной обмотки, то магнитными потерями в магнитопроводе можно пренебречь. Следовательно, активная мощность Pk, потребляемая в этом режиме, расходуется на электрические потери в обмотках трансформатора

.

Векторные диаграммы трансформатора при нагрузке

Для их построения используется электрическая схема замещения приведенного трансформатора и основные уравнения напряжений и токов. Векторные диаграммы наглядно показывают соотношения и фазовые сдвиги между токами, ЭДС, напряжениями трансформатора.

Для определения угла сдвига фаз между  и  необходимо знать характер нагрузки. При активно-индуктивной нагрузке (рис.1.10) вектор  отстает по фазе от  на угол

.

При активно-емкостной нагрузке (рис.1.11) вектор  опережает по фазе  на угол

.

Рис. 1.10

При значительной емкостной составляющей нагрузки напряжение может оказаться больше, чем ЭДС при холостом ходе . Кроме того, реактивная составляющая тока вторичной обмотки  совпадает по фазе с реактивной составляющей тока холостого хода , оказывая подмагничивающее действие на магнитопровод. Это вызывает уменьшение тока первичной обмотки  по сравнению с его значением при активно-индуктивной нагрузке, когда составляющая оказывает размагничивающее действие.

Рассмотренные векторные диаграммы нагруженного трансформатора из-за их сложности не могут быть использованы для практических расчетов. По аналогии с опытом короткого замыкания в трансформаторах, работающих с нагрузкой близкой к номинальной, пренебрегают током холостого хода и считают, что .

Рис. 1.11

В результате схема замещения трансформатора приобретает упрощенный вид, в ней отсутствует ветвь намагничивания. Схема состоит из последовательно включенных элементов , ,  (рис.1.12,а).

Упрощенную векторную диаграмму строят по значениям номинального напряжения первичной обмотки , номинального тока первичной обмотки , коэффициента мощности  и параметрам треугольника короткого замыкания , , .

Поясним построение упрощенной векторной диаграммы трансформатора при активно-индуктивной нагрузке (рис.1.12,б). Произвольно, например, на оси ординат из ее начала строят вектор тока . Под углом  проводят линию, на которой будет расположен вектор напряжения  в соответствии с характером нагрузки. Строят - треугольник короткого замыкания. Катет ВС, равный активной составляющей напряжения короткого замыкания, совпадает по фазе с вектором тока. Катет АВ, равный реактивной составляющей напряжения короткого замыкания, опережает по фазе вектор тока на 90.

Рис. 1.12

Сдвигают треугольник АВС, не изменяя ориентации его сторон, так, чтобы вершина С находилась на линии, направленной под углом к вектору тока, до тех пор пока расстояние от начала координат до вершины А не станет равным .

После этого определяют угол фазового сдвига  между током первичной обмотки  и ее напряжением 1 а также величину вектора . Все построения векторов выполняются в масштабе.


Определение параметров трехфазного трансформатора по опытам холостого хода и короткого замыкания