Порядок обработки экспериментальных данных опыта КЗ

1. Напряжение короткого замыкания.

Напряжение КЗ следует выразить в процентах от номинального зна­чения первичного напряжения

и_1к= . 100%

Напряжение и_1к определяет значение аварийного тока короткого замыкания трансформатора I _1ук в установившемся режиме

I _1ук= I _1н

При этом максимальное значение аварийного тока КЗ или ударного тока I _уд при переходном процессе в трансформаторе связано с током I _1ук равенством

I _уд =k _уд I _1ук

где к_уд ≤ 2.

Этот ток опасен для трансформатора из-за резкого возрастания механического взаимодействия между проводниками электрических обмоток. Поскольку сила взаимодействия между проводами пропорциональна квадрату тока, то при КЗ она возрастает в сотни раз. При аварийном КЗ обмотки также сильно перегреваются. Поэтому при проектировании трансформаторы рассчитываются на теплостойкость и механическую прочность. Ударный ток КЗ также определяет значения токов уставки ап­паратов защиты цепей трансформатора.

2. Параметры короткого замыкания трансформатора определяются равенствами:

Полное сопротивление К3

Z_к=U_1к/ I _1к

активное сопротивление КЗ

R_K=r₁+r'₂=P_1K/I²_1к

индуктивное сопротивление КЗ

Х_к = Х₁ + Х'₂ Z²_K –R²_к.

Сопротивления КЗ трансформатора используются при расчёте пара­метров схемы замещения трансформатора, а также при определении вто­ричного напряжения при изменении нагрузки и построении внешней ха­рактеристики трансформатора.

3. Коэффициент мощности первичной цепи при КЗ

cosφ, =P_lK/(P_lKI_lK) = R_K/Z_K.

4. Параметры трансформатора.

Приведенные к первичной обмотке активное r'₂ и индуктивное Х'₂ сопротивления вторичной обмотки практически равны соответствующим сопротивлениям первичной обмотки. При этом значения этих сопротивле­ний можно определить, используя опытные параметры КЗ из соотношений

r₁ r'₂=P_K/2; X₁ X'₂=X_к/2.

В свою очередь значения сопротивлений вторичной обмотки нахо­дятся из выражений

r₂= r'₂/k²; X₂=X'₂/k².

5. Потери мощности в трансформаторе при опытном КЗ

Согласно равенству (3) магнитные потери в трансформаторе про­порциональны квадрату амплитудного значения магнитной индукции (магнитного потока), а магнитный поток при этом в соответствии с (2) зависит от напряжения первичной обмотки. Поскольку напряжение КЗ и _1К составляет 5— 10% от U_1н то магнитными потерями при выполнении дан­ного опыта можно пренебречь.

Таким образом, показания ваттметра W1 при выполнении опыта КЗ равны суммарным электрическим (переменным) потерям в обмотках трансформатора в номинальном режиме Р_1к — р_э.

P₁=p_э = I²_1нr₁₊ I²_2нr₂

Работа трансформаторов на активную нагрузку

Для выполнения данного опыта собирается схема в соответствии с рис.9

В качестве нагрузки трансформатора используется реостат с ак­тивным сопротивлением R. Перед подачей напряжения на исследуемую схему следует убедиться, что сопротивление нагрузочного реостата име­ет максимальное значение.

На зажимах первичной обмотки устанавливается номинальное на­пряжение U₁= U_1н, которое следует поддерживать неизменным на про­тяжении всего опыта.

Уменьшая сопротивление реостата, нагружают трансформатор до номинального значения тока вторичной обмотки.

Для построения исследуемых характеристик трансформатора нуж­но снять через равные интервалы 5-6 экспериментальных точек.

Опытные данные записываются в табл. 3. В первую строчку этой таблицы заносят результаты опыта XX из табл.1.

Таблица 3

Измерено	Вычислено
U1, В	I 1, А	Р1, Вт	U2,В	I 2, А	Р2, Вт	Ƞ,%	cos φ1	∆ U2н,В

Используя опытные данные, следует выполнить построение внешней характеристики - зависимости напряжения U₂ на зажимах вторичной об­мотки трансформатора от тока нагрузки I ₂ при неизменных значениях на­пряжения на первичной обмотке и коэффициента мощности нагрузки.

В отчете по данному пункту лабораторной работы также требуется построить графические зависимости КПД и cos φ₁от тока I₂.

При определении активной мощности вторичной цепи использует­ся формула

Р₂ = U₂ I₂ cosφ₂.

Качественный характер рабочих характеристик трансформатора представлен на рис. 10).

Следует заметить, что максимум КПД трансформатора имеет место при такой нагрузке, при которой электрические потери р_э в его обмотках равны магнитным потерям р_м в сердечнике. Значение этой относительной нагрузки определяется по данным опыта XX и КЗ из выражения

I₂/I_2н = √р_м/ р_э

При работе трансформатора на активную нагрузку и номинальном значении тока вторичной обмотки изменение напряжения на вторичной обмотке трансформатора может быть определено через параметры опытов КЗ и XX из выражения

∆U_2H =∆и_2н U_1H /k,

здесь ∆и_2н =и_1k cosφ_1k; cosφ_1k = Р_1к/U_1кI_1к

Рис. 10

Напряжение ∆U_2H может быть также найдено из равенства

∆U_2H = U₂₀ - U_2H,

где U_2о - напряжение вторичной обмотки при XX (см. табл. 1).

Работа трансформатора на активно-индуктивную

и емкостную нагрузку

Для исследования работы трансформатора на активно-индуктивную нагрузку собирается схема, представленная на рис. 11.

В качестве нагрузки трансформатора при выполнении данного опыта используется реостат и катушка индуктивности с подвижным сердечником.

На зажимах первичной обмотки устанавливается номинальное на­пряжение, значение которого поддерживается неизменным в течение всего опыта.

Результаты опыта заносят в отдельную таблицу по образцу табл. 3.В первую строку этой таблицы записывают опытные данные из табл. 1.

Перед подачей питания на установку следует убедиться, что сопро­тивление реостата имеет максимальное значение, а сердечник катушки индуктивности полностью вдвинут.

Уменьшая сопротивление реостата и катушки индуктивности, на­гружают трансформатор до номинального значения тока вторичной об­мотки. Индуктивное сопротивление катушки изменяют посредством пе­ремещения се сердечника.

Коэффициент мощности вторичной цепи трансформатора следует сохранять неизменным и равным cosφ₂ = 0,8.Для выполнения данного условия при каждом значении тока I ₂ необходимо выполнять следую­щие соотношения между показаниями амперметров в ветвях приемника:

I_R = 0,8 I₂ и I_L =0,6I₂. По данным опыта строится внешняя характеристика трансформатора, а также зависимости КПД и cosφ₁ от тока I ₂.

Для исследования работы трансформаторов на емкостную нагрузку

( φ₂ = — /2)во вторичную цепь трансформатора (см. рис. 9) вместо реоста­та включается батарея конденсаторов с регулируемой емкостью. Увеличи­вая емкость, нагружают трансформатор до номинального значения тока вторичной цепи.

Опытные данные записываются в табл. 4.

Таблица 4

h, А
U2,В

По результатам измерений следует выполнить построение внешней характеристики трансформатора.