Режимы работы трансформатора Режим холостого хода
Под холостым ходом трансформатора понимают такой режим его работы, при котором к зажимам первичной обмотки подводится напряжение, а вторичная обмотка разомкнута, при этом I2=0. При выполнении опыта используется схема рис. 3.7. Синусоидальное напряжение источника питанияU1=U1Ни измеряютI1X,P1X (cosφ1X),U2X.
По данным этого опыта определяют коэффициент трансформации k; номинальный ток холостого ходаi1X; мощность потерь холостого ходаP1X, равную мощности потерь в магнитопроводеPC. Кроме того, данные этого опыта используют для расчета характеристики трансформатора η=f(P2).
Рис. 3.7
При холостом ходе I2=0 иI1X<<I1Н, поэтому имеем:U1≈E1иU2X=E2. Следовательно,
.
При холостом ходе полезная мощность трансформатора P2=0, поэтому мощность Р1X, потребляемая из сети, полностью идет на возмещение потерь
,
где РC- мощность потерь в стали сердечника от гистерезиса и вихревых токов; РМ1- мощность потерь в меди первичной обмотки; φ1X- угол сдвига фаз междуU1иI1X.
Так как ток холостого хода I1Xочень мал, то мощность РМ1 =
незначительна и ею можно пренебречь. У
трансформаторов мощностью от нескольких
десятков до нескольких сотен вольт-амперI1X=(0,05
– 0,1)IH,
а мощностью от нескольких киловольт-ампер
и вышеI1Х=(0,1 – 0,2)IHи даже меньше. Следовательно, для
трансформатора
.
По значениям I1Xи Р1Хсудят о качестве стали сердечника и качестве его сборки.
Режим короткого замыкания
Различают аварийное короткое замыкание трансформатора, происходящее в эксплуатационных условиях и короткое замыкание при его испытании.
Внезапное короткое замыкание происходит при коротком замыкании вторичной обмотки (ZH=0, тогда иU2=0), когда к первичной обмотке подведено номинальное напряжениеU1H. Это сопровождается резким броском тока до значенияIКЗ=(20÷40)I1H.
При выполнении опыта используется схема рис. 3.8. Плавно изменяя подводимое к первичной обмотке трансформатора напряжение, начиная с U1=0, устанавливаютU1=U1Kпри которомI1=I1H, иI2=I2H. ПриU1=U1KизмеряютU1K,I1К=I1H, РКН (cosφК).
Рис. 3.8
Напряжение u1Kназываютнапряжением короткого замыкания, его обычно выражают в процентах отU1Hи обозначают
.
Напряжение короткого замыкания трансформаторов uK=(0,055÷0,12)U1HилиuK=(5,5÷12%)U1H.
По данным опыта определяют напряжение короткого замыкания uк, активную и реактивную составляющие напряжения короткого замыканияuкаиuкр, мощность потерь короткого замыкания Ркн(мощность потерь в меди обмоток приI1=I1HиI2=I2H). Кроме того, данные этого опыта используются для расчета характеристик трансформатораU2=f(P2).
Напряжение короткого замыкания и его составляющие определяются по формулам:
;
;
где φк- угол сдвига фаз междуU1KиI1H.
.
При коротком замыкании полезная мощность трансформатора Р2=0. Следовательно, мощность, потребляемая им из сети в данном режиме, полностью идет на возмещение потерь
,
где РМН- мощность потерь в меди первичной и вторичной обмоток при номинальных токахI1Н,I2Н.
Так как напряжение uK=(0,055÷0,12)U1H- очень мало, то и мощность потерь в
стали
в данном опыте будет незначительна и
ею можно пренебречь.
Следовательно, в этом случае
РКН=РМН.
Мощность потерь в стали в опыте короткого замыкания может быть определена по формуле
,
где РКН- мощность потерь в стали сердечника приU1=U1H.