II. Испытание трансформатора методом непосредственной нагрузки

1. Собрать схему для испытания трансформатора методом непосредственной нагрузки.

2. Нагрузить трансформатор чисто активной нагрузкой и снять данные для построения:

- внешней характеристики трансформатора;

-зависимости к.п.д.трансформатора от нагрузки.

Нагрузку трансформатора рекомендуется изменять от I₂=0 до I₂=1,1₂н.

3. Произвести замеры и запись:

— первичного, напряжения Ui;

— вторичного напряжения U₂;

— первичного тока I₁;

— вторичного тока I₂;

— подводимой мощности P₁;

— отдаваемой мощности Р₂.

4. Вычислить: величину изменения напряжения Δu%, коэффициент полезного действия .

5. Построить зависимости U₂ = f (Кнг) и  = f(Кнг).

6. Сравнить результаты косвенного и непосредственного испытания трансформатора.

Указания по выполнению работы

1. O n ы т х о л о с т о г о х о д а т р а н с ф о р м а т о р а

Холостой ход трансформатора представляет собой один изпредельных режимов работы трансформатора, когда вторич-ная обмотка его разомкнута и, следовательно, вторичный ток равен нулю.

Схема опытной установки представлена на рис. 1.

Параметры холостого хода трансформатора определяют­ся при различном подводимом напряжении U_b величина кото- рого во время опыта изменяется при помощи автотрансфор­матора AT в пределах от U₁=0,5U_1н и до U₁ = l,l U_1н. Это де­лается с той целью, чтобы оценить влияние первичного на-пряжения на параметры намагничивающего контура. Исполь­зуя опытные данные, можно определить: коэффициент трансформации

; коэффициент мощности холостого хода

активную и реактивную составляющие

тока холостого хода I₀а= I₀ • cos _{0 0}, A, I₀p=I₀sinj₀, А: параметры намагничивающего контура трансформатора

Опытные и расчетные данные сводятся в таблицу 1.

На основании опытных данных строятся зависимости:

Р₀, I_o, сosj₀=f(U₁) при f=50Гц и

z₀, r₀, х₀ = f (U₁).

Таблица 1.

№ пп	Опытные данные				Расчетные данные
	U1	U2	Р0	I0	К	cos	I0а	I0р	z0	r0	х0

При построении кривых рекомендуется величины Р₀, I₀, U₁ брать в относительных единицах от соответствующих значений Р₁н, I₁н, U₁н, а параметры z₀, r₀, х₀ выражать в относительных величинах от z₀%, r₀%, х₀%, соответствующих номинальному напряжению U₁н. Ориентировочный вид этих кривых представлен на рис.2 и 3. Наиболее характерными

точками кривых рис. 2, являются значения Р₀ и I₀, полученные при номи­нальном напряжении U₁н и номинальной частоте. Для однофазных двухобмоточных трансформаторов мощностью 1 —10 кВА при номинальном напряжении ток холостого хода составляет 10—12% от номинального тока I₁н, а мощность холостого хода составляет 10—15% от номинальной мощ­ности Р₁н.

Характер кривой Io= f (U₁) определяется изменением ре­-активной составляющей тока, создающей основной магнит­ный поток в трансформаторе. Активная составляющая тока холостого хода, соответствующая мощности потерь в стали сердечника, невелика. При напряжении U₁, значительно мень­шем номинального, магнитная система трансформатора нена­сыщена, ток Iо невелик. По мере насыщения стали реактивная составляющая тока растет быстрее напряжения и кривая 1о = f(U₁) отгибается кверху.

Мощность Ро, потребляемая трансформатором в режиме холостого хода, идет в основном на нагрев стали сердечника (от гистерезиса и вихревых токов), так как потери в меди об­моток ничтожно малы. Потери в стали пропорциональны квадрату индукции В, а индукция изменяется пропорциональ­но подводимому напряжению U₁, так как Е=В, a U₁E₁ при холостом ходе. Поэтому потери в стали пропорциональны практически квадрату подводимого напряжения, и харак­теристика Po = f(U₁) представляет параболу. Характер кривых z₀, r₀, х₀ = f (U₁) (рис. 3) можно проанализировать на рассмотрении эквивалентной схемы трансформатора при холостом хо­де. Согласно уравнению равновесия напряжений для первич­ной обмотки трансформатора

U₁= —E₁ + jIo • x₁ +Io • ri = —E₁+Io(r₁+jx₁) ,B, где E₁ — основная э.д.с., индуктированная в первичной обмотке основным магнитным потоком Ф; r₁и x₁ — активное и индуктивное сопротивление первичной обмотки.

Следовательно, при холостом ходе трансформатор можно представить состоящим из двух реактивных

катушек, соеди­ненных последовательно рис. 4.

Такая цепь называется эквивалентной схемой трансформа-­ тора при холостом ходе. Параметры намагничивающего кон-­ тура z_m, r_m, x_m равны:

'

Активное сопротивление r_m эквивалентно по своему действию потерям в стали Рс сердечника на перемагничивание и вихревые токи. Известно, что потери в стали при постоянной частоте f можно считать пропорциональными квадрату маг­нитной индукции, т. е.

Рс-КВ², Вт,

откуда

где Н — напряженность магнитного поля, созданного то­ком I₀.

Так как то окончательно можно получить:

При увеличении первичного напряжения U₁ т. е. при на­сыщении стали сердечника, магнитная проницаемость μ падает и, следовательно, будет уменьшаться (быстрее чем μ ) активное сопротивление r_m. Сопротивление, х_m , как и лю­бое индуктивное сопротивление, пропорционально индуктив­ности Lm намагничивающего контура. Но Lm = μ.

Таким образом х_m = ω  Lm = К¹  μ, т. е. индуктивнее сопротивление х_m будет с увеличением напряжения умень­шаться пропорционально уменьшению магнитной проницае­мости стали сердечника.

Полное сопротивление z_m при возрастании напряжения U₁ также уменьшается: .Ом.

Пренебрегая сопротивлениями г₁ и х₁ (обычно они весьма малы по сравнению с сопротивлениями r_m и x_m ), парамет­ры намагничивающего контура можно принять равными соот­ветствующим параметрам холостого хода.

Значит, при увеличении напряжения U₁ сопротивления z₀, г₀ и х₀ должны уменьшаться.