7. Опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора

Если подключить первичную обмотку трансформатора к напряжению сети, а зажимы его вторичной обмотки замкнуть накоротко, то это приведет к опасному явлению короткого замыкания трансформатора. Токи короткого замыкания выделяют большое количество тепла в обмотках, что может привести к порче изоляции проводников обмоток, разложению и воспламенению масла, залитого в бак трансформатора. Механические усилия, возникающие в обмотках трансформатора при коротких замыканиях, иногда могут привести к разрушению обмоток.

Если же зажимы вторичной обмотки трансформатора замкнуть накоротко, а первичную обмотку подключить к пониженному напряжению, чтобы ток короткого замыкания I _2K был бы равен номинальному току I _2H , то при этом с трансформатором ничего опасного не произойдет. Этот опыт называется опытом короткого замыкания. Напряжение, под которое включается первичная обмотка трансформатора при опыте короткого замыкания, составляет несколько процентов от номинального напряжения этой обмотки, называется напряжением короткого замыкания и обозначается U_K . Силовые трансформаторы, изготовляемые в СССР, имеют напряжение короткого замыкания, равное 5—10% (в некоторых случаях 17%) от номинального первичного напряжения. При испытаниях трансформаторов всегда снимают характеристики холостого хода и короткого замыкания. Для снятия характеристики холостого хода трансформатора его вторичную обмотку размыкают, а в первичную обмотку включают амперметр, вольтметр и ваттметр. Постепенно увеличивают напряжение, к которому включена первичная обмотка, и записывают показания приборов. Примерная характеристика холостого хода трансформатора показана на фиг. 207.

При небольших напряжениях, соответствующих начальной части характеристики холостого хода, магнитная система трансформатора не насыщена и существует пропорциональность между напряжением U и током I_о. При дальнейшем увеличении напряжения сердечник трансформатора насыщается и при этом ток I_о начинает увеличиваться быстрее напряжения. По данным опыта холостого хода подсчитываются сопротивления, коэффициент мощности, активная и реактивная составляющие тока холостого хода трансформатора. Мощность, подводимая к трансформатору при холостом ходе, идет на покрытие потерь холостого хода. Так как ток холостого хода I_о. мал, то потерями мощности на нагрев первичной обмотки, равными I_о²r₁, можно пренебречь и считать, что мощность, потребляемая трансформатором при холостом ходе, идет на покрытие потерь в стали сердечника.

Для снятия характеристики короткого замыкания трансформатора в цепь его первичной обмотки включают амперметр, вольтметр и ваттметр, а вторичную обмотку замыкают через амперметр накоротко. Увеличивают напряжение, к которому подключена первичная обмотка, до тех пор, пока амперметр во вторичной обмотке не покажет вторичный номинальный ток. По данным опыта короткого замыкания подсчитываются сопротивления и напряжение короткого замыкания. По данным опыта строится характеристика короткого замыкания, из которой видно, что между током и напряжением существует линейная зависимость. Это объясняется тем, что магнитный поток в сердечнике мал, так как напряжение короткого замыкания во много раз меньше номинального напряжения. Поэтому потерями в стали при опыте короткого замыкания можно пренебречь и считать, что мощность при этом опыте идет на покрытие потерь в меди в обмотках трансформатора . Примерная характеристика короткого замыкания Дана на фиг. 208.