Опытное определение параметров схемы замещения трансформатора

1. Цель работы

По результатам опытов холостого хода и короткого замыкания трансформатора рассчитать параметры его Г-образной схемы замещения и изменение напряжения трансформатора при изменении нагрузки в зависимости от ее характера.

• 2. Краткие ответы на контрольные вопросы
• 1. Объясните принцип работы трансформатора. Что происходит с током первичной обмотки трансформатора при изменении тока во вторичной обмотке?

Трансформатор представляет собой статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

В простейшем случае трансформатор имеет одну первичную обмотку 1, в которой подводится электрическая энергия, и одну вторичную обмотку 2, от которой энергия отводится к потребителю (нагрузке). Передача энергии из одной обмотки в другую производится путем электромагнитной индукции. Для усиления электромагнитной связи между обмотками последние обычно располагаются на замкнутом ферромагнитном магнитопроводе 3.

Рис. 1.

При включении первичной обмотки трансформатора к сети с синусоидальным напряжением U1 в обмотке возникает ток I1, который создает синусоидально изменяющийся магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф индуктирует ЭДС как в первичной, так и во вторичной обмотке. При подключении к вторичной обмотке нагрузки в этой обмотке возникает вторичный ток I2 и на ее зажимах устанавливается некоторое напряжения U2. Результирующий магнитный поток магнитопровода ФС создается током обеих обмоток.

Увеличение или уменьшение тока во вторичной обмотке приводит соответственно к увеличению или уменьшению тока в первичной обмотке.

2. Что такое коэффициент трансформации? Как определить коэффициент трансформации расчетным и опытным путем?

Коэффициент трансформации трансформатора — это величина, выражающая преобразовательную характеристику трансформатора относительно напряжения.

Коэффициент трансформации опытным путем находится как отношение напряжения на первичной обмотке к напряжению на вторичной обмотке (из опыта холостого хода):

k? U10/U20 = UAX/Uax.

Расчетным путем коэффициент трансформации можно найти как k = w1 / w2 (где w1 — число витков первичной обмотки, w2 — число витков вторичной обмотки).

3. Какие потери определяют потребляемую в режиме холостого хода активную мощность и в каких конструктивных элементах трансформатора они выделяются?

В режиме холостого хода трансформатор потребляет активную и реактивную мощности, которые обусловлены намагничивающим током трансформатора. Активная мощность обусловлена потерями в стали трансформатора на перемагничивание (гистерезис) и вихревые токи, выделяется в магнитопроводе трансформатора.

4. В опыте холостого хода первичной обмоткой являлась обмотка ВН. Как изменятся потери и ток холостого хода, если в качестве первичной обмотки использовать обмотку НН (на обмотку НН подается номинальное ее напряжение)?

Если в качестве первичной обмотки в опыте холостого хода использовать обмотку НН, то мощность потерь холостого хода не изменится, а ток холостого хода увеличится в k раз (где k — коэффициент трансформации трансформатора) и будет он протекать по обмотке НН, т.к. именно к ней прикладывается напряжение.

5. Какие параметры схемы замещения трансформатора определяются по результатам опыта холостого хода? Как рассчитываются значения этих параметров?

По результатам опыта холостого хода рассчитывают сопротивления схемы замещения трансформатора (в Омах):

z12? z10 = U10/I10,.

r12? r10 = P10/(I102),.

x12? x10 = z10 sinц0,(где ц0 = arccos (P10/(U10I10)).

6. Какие потери определяют потребляемую в режиме короткого замыкания активную мощность, и в каких конструктивных элементах трансформатора они выделяются?

В режиме короткого замыкания потери в стали незначительны из-за малости приложенного напряжения, поэтому все потери активной мощности практически целиком расходуются на нагрев обмоток трансформатора и могут быть приравнены к номинальным потерям в обмотках трансформатора.

7. Что называется номинальным напряжением короткого замыкания, и в каких единицах оно выражается?

В опыте короткого замыкания напряжение, подводимое к трансформатору, плавно повышается от нуля до значения, при котором токи в обеих обмотках трансформатора равны номинальным. Это и есть номинальное напряжение короткого замыкания uк. н, и обычно оно выражается в процентах от номинального напряжения: uк. н = (U1к/U1ном)· 100%.

8. Из каких соображений выбирается большее или меньшее значение напряжения короткого замыкания при проектировании систем электроснабжения?

Напряжение короткого замыкания характеризует внутреннее сопротивление трансформатора:

Xт = (uк.н%/100)· (Uном2/Sном).

трансформатор статический электромагнитный номинальный Величина uк. н представляет собой очень важный показатель. Через uк. н определяются изменение вторичного напряжения при нагрузке трансформатора, токи короткого замыкания в обмотках трансформатора и другие характеристики. Например, если необходимо ограничить ток короткого замыкания на шинах НН трансформатора при проектировании системы электроснабжения, целесообразно установить трансформатор с более высоким значением uк.н. Если требуется снизить потери напряжения в системе электроснабжения — необходимо выбрать трансформатор с меньшим значением uк.н.

9. Какие параметры схемы замещения трансформатора определяются по результатам опыта короткого замыкания? Как рассчитываются значения этих параметров?

По результатам опыта короткого замыкания рассчитывают сопротивления схемы замещения трансформатора (в Омах):

z1к = U1к/I1к,.

r1к = P1к/I1к2,.

x1к = z1к sinцк (цк = arccos (P1к/(U1кI1к)).

10. Какие данные необходимы для расчета изменения напряжения трансформатора в функции его нагрузки?

Изменение вторичного напряжения трансформатора в зависимости от величины и характера нагрузки (угол ц) в процентах находится по следующей формуле:

Дu = в (uк.н.аcos ц2 + uк.н.рsin ц2).

где в = I2'/I2н' — коэффициент нагрузки; ц2 — угол, определяемый характером нагрузки, т. е. соотношением активных и реактивных составляющих в сопротивлении нагрузки; uк.н.а, uк.н.р — соответственно активная и реактивная составляющие номинального напряжения короткого замыкания трансформатора, в процентах.