Электрическая схема замещения трансформатора
Параметры первичной и вторичной обмоток трансформатора отличаются, что наиболее ощутимо при больших коэффициентах трансформации и затрудняет построение векторных диаграмм.
Названное затруднение устраняется процедурой называемой приведением параметров вторичной обмотки и нагрузки к первичной. Они пересчитываются на число витков равное числу витков первичной обмотки 
. В результате вместо реального трансформатора с коэффициентом трансформации 
, получают эквивалентный трансформатор с 
, где 
. Такой трансформатор называют приведенным.
Приведение вторичных параметров не должно отразиться на энергетических показателях трансформатора: все мощности и фазовые сдвиги во вторичной обмотке приведенного трансформатора должны остаться такими, как в реальном трансформаторе. В результате число витков вторичной обмотки изменится в 
раз и как следствие этого
.
Из условия равенства электромагнитных мощностей вторичных обмоток реального и приведенного трансформаторов получаем выражение для приведенного тока вторичной обмотки
Из условия равенства потерь в активном сопротивлении вторичных обмоток реального и приведенного трансформаторов получаем выражение для приведенного активного сопротивления вторичной обмотки
Приведенное индуктивное сопротивление рассеяния вторичной обмотки определяем из условия равенства реактивных мощностей вторичных обмоток реального и приведенного трансформаторов
Приведенное полное сопротивление вторичной обмотки трансформатора
.
Уравнения напряжений для приведенного трансформатора, работающего под нагрузкой
,
.
Уравнение токов 
Эти уравнения устанавливают аналитическую связь между параметрами трансформатора в диапазоне нагрузок от режима холостого хода до номинальной.
Изобразим эквивалентную схему трансформатора (рис. 1.5,а). На этой схеме активные и индуктивные сопротивления условно вынесены из соответствующих обмоток и включены последовательно.
Так как в приведенном трансформаторе 
, то 
В результате точки А и а, Х и х на схеме имеют одинаковые потенциалы, что позволяет соединить их электрически и получить Т-образную электрическую схему замещения приведенного трансформатора (рис. 1.5,б). В этой схеме замещения электромагнитная связь между обмотками заменена электрической.
Т-образная электрическая схема замещения приведенного трансформатора облегчает исследование электромагнитных процессов и расчет трансформаторов. Схема представляет собой совокупность трех ветвей. Первая: с сопротивлением 
и током 
. Вторая (намагничивающая): с сопротивлением 
и током 
, где 
- параметры ветви намагничивания. Третья: с сопротивлениями вторичной обмотки 
, нагрузки 
и током 
Рис. 1.5
Все параметры электрической схемы замещения, кроме 
, являются постоянными и могут быть определены либо расчетным, либо опытным путем (из опытов холостого хода и короткого замыкания).
Опыт холостого хода
Холостой ход – режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке 
Уравнения напряжений и токов принимают следующий вид:
Магнитный поток 
в трансформаторе является переменным, поэтому магнитопровод непрерывно перемагничивается, в нем имеются магнитные потери от гистерезиса и вихревых токов, наводимых переменным магнитным потоком в пластинах электротехнической стали.
Ток холостого хода 
имеет две составляющие: активную 
обусловленную магнитными потерями, и реактивную 
, представляющую собой намагничивающий ток,
.
Обычно активная составляющая тока холостого хода невелика, не превышает 10% от тока 
и поэтому не оказывает заметного влияния на ток холостого хода.
Рис. 1.6
Так как полезная мощность при работе трансформатора на холостом ходу равна нулю, то активная мощность 
потребляемая в этом режиме, расходуется на магнитные потери в магнитопроводе 
и на
Рис. 1.7
|
электрические потери в первичной обмотке 
Учитывая, что ток холостого хода 
обычно не превышает 2-10 % от номинального тока первичной обмотки 
электрическими потерями можно пренебречь и считать потерями холостого хода магнитные потери в электротехнической стали магнитопровода.
Электрическая схема замещения и векторная диаграмма трансформатора имеют следующий вид (рис. 1.6, 1.7).
Угол 
, на который вектор результирующего магнитного потока 
отстает по фазе от тока 
, называют углом магнитных потерь. Этот угол увеличивается с ростом активной составляющей тока холостого хода 
т.е. с ростом магнитных потерь в магнитопроводе трансформатора.
Опыт короткого замыкания
Короткое замыкание – режим работы трансформатора при замкнутой накоротко вторичной обмотке 
В условиях эксплуатации, когда к первичной обмотке подведено номинальное напряжение 
, короткое замыкание является аварийным режимом, представляет большую опасность для трансформатора. Только установившийся ток короткого замыкания превышает номинальный ток в 10-20 раз.
Опыт короткого замыкания не представляет опасности для трансформатора, так как к первичной обмотке подводят пониженное напряжение, при котором токи в обеих обмотках равны номинальным.
Это пониженное напряжение называется номинальным напряжением короткого замыкания и обычно выражают в процентах от номинального
Ранее было установлено, что результирующий магнитный поток в магнитопроводе трансформатора приблизительно пропорционален напряжению первичной обмотки. Следовательно, в опыте короткого замыкания результирующий магнитный
Рис. 1.9
|
Рис. 1.8
поток в магнитопроводе мал, для его создания требуется настолько малый намагничивающий ток, что им можно пренебречь, и поэтому схема замещения не содержит ветви намагничивания.
Уравнения напряжений и токов принимают следующий вид:
где 
сопротивление трансформатора при опыте короткого замыкания; 
активная и реактивная составляющие сопротивления 
Электрическая схема замещения и векторная диаграмма представлены на рис. 1.8, 1.9.
Прямоугольный 
называют треугольником короткого замыкания, а его катеты являются активной 
и реактивной 
составляющими напряжения короткого замыкания
Так как при опыте короткого замыкания результирующий поток мал по сравнению с его значением при номинальном напряжении первичной обмотки, то магнитными потерями в магнитопроводе можно пренебречь. Следовательно, активная мощность 
потребляемая в этом режиме, расходуется на электрические потери в обмотках трансформатора
