Опыт короткого замыкания

Опыт холостого хода.

Схема проведения опыта холостого хода приведена на рис. 4.10.

Рис. 4.10. Схема проведения опыта холостого хода

Первичная обмотка включена на номинальное напряжение, значение которого определяется по паспорту трансформатора, U₁₀=U_1ном и по ней протекает ток холостого ходаI₀ ≈ (5 10)%I_1ном. Трансформатор при этом потребляет от сети некоторую активную мощность Р₀, измеряемую ваттметром.

Во вторичную обмотку трансформатора включен вольтметр, сопротивление которого очень велико, и ток в этой обмотке практически равен нулю I₂₀ 0, а напряжениеU₂₀, измеряемое вольтметром V₂, равно ЭДС вторичной обмотки, т.е. U₂₀= E₂.

Коэффициент трансформации трансформатора определяется в соответствии с выражением (4.6)

К =

Мощность Р_о, потребляемая трансформатором и измеряемая ваттметром, расходуется на нагрев обмотки (потери в меди) ∆Р_М и на нагрев сердечника (потери в стали) ∆Р_С

Р₀=∆Р_М + ∆Р_С

Потерями в меди ∆Р_М в этом опыте можно пренебречь, т.к. во вторичной обмотке они отсутствуют ∆Р_М2= =0, а в первичной – они малы по сравнению с номинальными, вследствие малости тока холостого хода I₁₀

∆Р_М1= 0,1%∆Р_{М НОМ}

Следовательно, мощность,потребляемая трансформатором в опыте холостого хода, равна потерям в сердечнике трансформатора:

Р₀=∆Р_С

Потери в сердечнике ∆Р_С пропорциональны квадрату магнитной индукции В², т.е. квадрату магнитного потока Ф². В трансформаторе магнитный поток Ф связан с ЭДС прямопропорционально Е₁=4,44fW₁Ф_m,а при холостом ходе U₁₀=E₁,с точностью 0,5%.

Следовательно, потери в сердечнике трансформатора пропорциональны квадрату приложенного напряжения:

∆Р_С~B²~Ф²~Е₁² U₁²

Так как в опыте холостого хода к первичной обмотке прикладываетсяноминальноенапряжение, то потери в сердечнике в этом опыте равны номинальным, т.е. Р₀=∆Р_{С НОМ}.

Эти потери возникают при циклическом перемагничивании сердечника вследствие явления гистерезиса и вихревых токов.

Полное сопротивление сердечника Z₀определяется как:

Z₀=

Величину активного сопротивления сердечникаR₀, учитывающего тепловые потери электрической энергии в сердечнике, находят по выражению

R₀=

Индуктивное сопротивление сердечника: Х₀=

При нахождении угола магнитных потерь в сердечнике α принимается, что вектора напряжения U₁ и противо- ЭДС (-Е₁) совпадают по направлению. В этом случае α можно определить, как

α= -φ₁₀=,

где S₀=U₁₀I₀ – полная мощность трансформатора в режиме холостого хода.

φ₁₀ – угол сдвига по фазе между током I₀и напряжением U₁первичной обмотки.

Схема проведения опыта короткого замыкания представлена на рис. 4.11

Рис. 4.11. Схема проведения опыта короткого замыкания

Во вторичную обмотку трансформатора включен амперметр, сопротивление которого практически равно нулю, т.е. вторичная обмотка фактически замкнута накоротко, U_2К =0.

Такое замыкание вторичной обмотки при подаче на первичную обмотку номинального напряжения приведет к возникновению значительных токов, которые будут нагревать провода обмоток, вплоть до выхода трансформатора из строя.

Поэтому, при проведении опыта короткого замыкания напряжение, подводимое к первичной обмотке, постепенно повышаютс помощью автотрансформатора от нуля до напряжения U_1К, при котором в первичной и вторичной обмотках устанавливаются номинальные токи I_1К =I_1HOM,

I_2К = I_2HOM, значения которых берутся из паспорта трансформатора.

Напряжение U_1К, соответствующее номинальным токам в обмотках, называется напряжением короткого замыкания. Оно невелико, составляет несколько процентов от номинального (U_1К ≈5 10%U_1HOM) и полностью уравновешивается падением напряжения на сопротивлениях обмоток трансформатора.

МощностьР_К, потребляемая трансформатором и измеряемая ваттметром в опыте короткого замыкания, расходуется на нагрев обмоток (потери в меди) ∆Р_М и на нагрев сердечника (потери в стали) ∆Р_С:

Р_К=∆Р_М+∆Р_С

Как было показано в опыте холостого хода, потери в сердечнике трансформатора пропорциональны квадрату приложенного напряжения. Так как напряжение, подаваемое на трансформатор в опыте короткого замыкания мало, по сравнению с номинальным, то потерями в стали можно пренебречь и считать, что мощность, измеренная в этом опыте, будет равна потерям в обмотках трансформатора, т.е. потерям в меди:

Р_К≈∆Р_М=

где R_K – суммарное активное сопротивление обмоток трансформатора.

Так как опыт короткого замыкания проводится при номинальных токах обмоток, то потери в обмотках трансформатора в этом опыте равны номинальным, т.е. Р_К=∆Р_{М НОМ}.

Суммарные активное, полное и индуктивное сопротивления обмоток трансформатораR_K, Z_Kи X_Kрассчитываются в следующем порядке:

R_K= Z_K=U_1KI_1KX_K=

Поскольку для повышения КПД трансформатора его обмотки согласованы, т.е. R₁= и X₁=, то сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора R₁, R₂,, Х_1, X₂, определяем из выражений:

R₁= ₂=;X₁= ₂==;

R₂=;X₂=