1.2. Внешняя характеристика и трансформатора
Зависимость вторичного напряжения
трансформатора от тока нагрузки
при
и
называется внешней характеристикой
трансформатора. Вид внешней характеристики
определяется характером нагрузки (рис.
2). Кривая 2 соответствует чисто активному,
кривая 1 – активно-индуктивному, 3 –
активно-емкостному сопротивлению
нагрузки.
Рис. 2. Внешние характеристики трансформатора
Причиной изменения вторичного напряжения
является падение напряжения на активном
и индуктивном сопротивлении первичной
и вторичной обмоток трансформатора. На
рис. 3 приведена зависимость
от тока
для трансформатора, работающего на
активную нагрузку. Наименьшее значение
cosφ1 соответствует работе трансформатора
в режиме холостого хода, в среднем
.
С ростом тока
величина
увеличивается и при активно-индуктивной
нагрузке
,
где
– коэффициент мощности нагрузки.
Рис. 3. Зависимость
,
,
и
трансформатора от нагрузки
1.3. Опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора
Для приближенного определения ряда
величин, характеризующих работу
трансформатора, используют опыты
холостого хода и короткого замыкания.
ОПЫТ ХОЛОСТОГО ХОДА проводится при
номинальном напряжении
на первичной обмотке и разомкнутой
вторичной цепи
.
При этом значение магнитного потока
в сердечнике соответствует номинальному
режиму. Измерении, проведенные при опыте
холостого хода, позволяют определить
коэффициент трансформации; потери
мощности на нагрев сердечника (потери
в стали); ток
,
.
Коэффициент трансформации определяется как отношение напряжения холостого хода на первичной обмотке к напряжению холостого хода на вторичной обмотке:
поскольку в этом режиме ток холостого
хода
достаточно мал и, как следует из (1), (2),
,
.
Обычно ток
составляет
от номинального значения
.
Мощность холостого хода Р10 расходуется на покрытие потерь в первичной обмотке
и потерь в магнитопроводе трансформатора (потерь стали):
Так как ток холостого хода
мал, то
и можно считать, что
.
Потери
складываются из потерь на гистерезис
и вихревые токи. Для уменьшения этих
потерь сердечники трансформаторов
собирают из листов или навивают из ленты
электротехнической стали толщиной
.
вычисляется по данным измерений,
проведенных во время опыта холостого
хода по формуле:
Режим короткого замыкания, когда
,
является аварийным для трансформатора.
В этом случае токи
и
превышают номинальные значения в
раз. Резкое повышение температуры
обмоток по сравнению с расчетной выводит
из строя изоляцию витков, что вызывает
межвитковое замыкание обмоток и выводит
трансформатор из строя.
Поэтому опыт короткого замыкания
проводится при пониженном первичном
напряжении
,
при котором токи в обмотках равны
номинальным, не смотря на то, что
сопротивление нагрузки
.
Измерения, проведенные при опыте
короткого замыкания, позволяют определить
потери в обмотках (в меди) и напряжение
короткого замыкания
.
Обычно
составляет
от
.
Понижение первичного напряжения вызывает уменьшение магнитного потока. Так как потери в сердечнике пропорциональны квадрату амплитуды магнитного потока, при опыте короткого замыкания ими можно пренебречь и считать, что мощность, потребляемая в этом случае, равна потерям в обмотках трансформатора в номинальном режиме:
,
где
,
– номинальные значения токов в обмотках.