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 U1н.

В процессе опыта фиксируется U1(2)0, P0, I10. 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+Zмг, а в силовых трансформаторах Zмг>>Z1, то можно считать, что Z0 Zмг , r0 rмг, x0xмг.

В режиме холостого хода активная мощность расходуется только на покрытие потерь: в меди, но они малы, т. к. мало r1, и в стали, поэтому считают, что P0Pст. Обычно строят характеристики х.х. в виде зависимостей: I0, cos0, P0, Z0 = f(U10) – рисунок (2.3.8). Поскольку в опыте х. х. падение напряжения на Z1 очень мало, то можно считать, что .

Так как Pст2, а В2~ ~ , то Рст0~ , то есть между Р0 и U0 – квадратичная зависимость. Поскольку с ростом U0 растёт насыщение сердечника, то I0 растёт быстрее, чем U0. По этой же причине с ростом U0 уменьшаются x0 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 Iк1 был в пределах номинальных значений.

Так же, как и в предыдущем случае рассчитываются Pк, Zк, rк, и xк.

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 Pк, cosк, и Iк = f(Uк).

Рисунок 2.3.12 – Характеристики короткого замыкания трансформатора

 

Поскольку режим к.з. – ненасыщен (снимается при низком Uк), то Iк линейно зависит от Uк, а cosк есть величина постоянная. Так как Zк (x1 и ) определяется потоками, замыкающимися по воздуху, то оно не зависит от Uк.

Напряжение Uк, при котором ток короткого замыкания равен номинальному Iк = Iн, называется напряжением короткого замыкания.

В относительных единицах:

. (2.3.31)

 

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

Треугольник АВС называется треугольником короткого замыкания. Его катеты соответствуют активной Uка и реактивной Uкr 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 cosк падает; так при Sн = 10 кВА, cosк 0.65; при Sн = 60000кВА, cosк 0,05. Таким образом, в мощных трансформаторах преобладают и .

Обычно приводится к температуре обмоток 750С.

В силовых трансформаторах Uк% =4,5 15.

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