Опытное определение параметров схемы замещения

Параметры схемы замещения можно определить опытным путём с помощью опытов холостого хода и короткого замыкания.

Опыт холостого хода:

Рисунок 2.3.6 – Схема опыта холостого хода

 

Опыт холостого хода проводится при разомкнутой вторичной обмотке, а на первичную обмотку подается номинальное напряжение U _1н.

В процессе опыта фиксируется U ₁₍₂₎₀, P ₀, I ₁₀. По данным опыта рассчитывают сопротивления:

;	(2.3.25)
;	(2.3.26)
.	(2.3.27)

Коэффициент мощности:

.

(2.3.28)

Схема замещения трансформатора в режиме холостого хода имеет вид:

Рисунок 2.3.7 – Схема замещения трансформатора в режиме холостого хода

 

Поскольку Z₀=Z₁+Z_мг, а в силовых трансформаторах Z_мг>>Z₁, то можно считать, что Z₀≈ Z_мг, r₀ ≈ r_мг, x₀≈x_мг.

В режиме холостого хода активная мощность расходуется только на покрытие потерь: в меди, но они малы, т. к. мало r ₁, и в стали, поэтому считают, что P₀≈P_ст. Обычно строят характеристики х.х. в виде зависимостей: I ₀, cosφ₀, P ₀, Z ₀ = f (U ₁₀) – рисунок (2.3.8). Поскольку в опыте х. х. падение напряжения на Z₁ очень мало, то можно считать, что .

Так как P_ст~В², а В²~ ~ , то Р_ст =Р₀~ , то есть между Р ₀ и U ₀ – квадратичная зависимость. Поскольку с ростом U ₀ растёт насыщение сердечника, то I ₀ растёт быстрее, чем U ₀. По этой же причине с ростом U ₀ уменьшаются x ₀ и, следовательно, Z₀.

Так как , то в ненасыщенном режиме он постоянен, а в насыщенном – уменьшается.

Рисунок 2.3.8 – Характеристики холостого хода трансформатора

 

Опыт короткого замыкания:

К первичной обмотке подключают те же приборы, что и в предыдущем случае, а вторичную обмотку закорачивают.

Рисунок 2.3.9 – Схема опыта короткого замыкания трансформатора

К первичной обмотке подводят меньшее (по сравнению с номинальным) напряжение так, чтобы ток I_{к 1} был в пределах номинальных значений.

Так же, как и в предыдущем случае рассчитываются P_к, Z_к, r_к, и x_к.

Схема замещения трансформатора в режиме короткого замыкания имеет вид, показанный на рисунке.

Рисунок 2.3.10 –схема замещения трансформатора в режиме к.з.

 

Общее сопротивление схемы:

, (2.3.29)

так как >> , то в знаменателе членом можно пренебречь, тогда:

, (2.3.30)

т.е. упрощенная схема замещения имеет вид:

Рисунок 2.3.11 – Упрощенная схема замещения трансформатора в режиме к.з.

 

На рисунке (2.3.12) показаны характеристики к.з P_к, cosφ_к, и I_к = f (U_к).

Рисунок 2.3.12 – Характеристики короткого замыкания трансформатора

 

Поскольку режим к.з. – ненасыщен (снимается при низком U_к), то I_к линейно зависит от U_к, а cos φ_к есть величина постоянная. Так как Z_к (x₁ и ) определяется потоками, замыкающимися по воздуху, то оно не зависит от U_к.

Напряжение U_{к ,} при котором ток короткого замыкания равен номинальному I_к = I_{н ,} называется напряжением короткого замыкания.

В относительных единицах:

.

(2.3.31)

 

Величина U_к обычно выражается в паспортной табличке трансформатора. U_к можно определить из векторной диаграммы в режиме короткого замыкания:

Треугольник АВС называется треугольником короткого замыкания. Его катеты соответствуют активной U_ка и реактивной U_кr составляющим напряжения короткого замыкания, причём:

;	(2.3.32)
.	(2.3.33)

 

.

Рисунок 2.3.13 – Векторная диаграмма трансформатора в режиме к.з.

 

С ростом номинальной мощности трансформатора величина cosφ_к падает; так при S_н = 10 кВА, cosφ_к ≈ 0.65; при S_н = 60000кВА, cosφ_к ≈ 0,05. Таким образом, в мощных трансформаторах преобладают и .

Обычно приводится к температуре обмоток 75⁰С.

В силовых трансформаторах U_к% =4,5 15.

Поскольку в опыте к.з. Е₁ и поток малы, то малы и потери в стали P_ст, по этому вся мощность в режиме короткого замыкания идёт на покрытие электрических потерь в обмотках. Если U_к = U_н, то и может достигать 25 I_н.