Экспериментальное определение параметров схемы замещения трансформатора
Для экспериментального определения параметров и потерь трансформатора наиболее удобно использовать два крайних режима работы трансформатора: режим холостого хода и режим короткого замыкания.
Опыт холостого хода не требует дорогостоящего оборудования. Мощность источника регулируемого напряжения, питающего первичную обмотку составляет несколько процентов мощности исследуемого трансформатора.
Уравнения трансформатора при холостом ходе с учетом сопротивления первичной обмотки 
:
;
;
.
При холостом ходе можно считать 
. Учитывая, что 
, можно считать 
, можно полагать, что
.
Данное допущение справедливо, поскольку не превышает 
.
Опыт холостого хода проводится при разомкнутой (ненагруженной) вторичной обмотке по схеме рисунка 1.7.
Рис. 1.7. Схема опыта холостого хода однофазного трансформатора.
Напряжение 
, плавно поднимается от нуля до 
. При номинальной частоте 
измеряются ток 
(для трехфазного трансформатора – во всех фазах) и мощность 
, потребляемая трансформатором. По данным измерений строятся зависимости фазного тока холостого хода 
, мощности и 
от фазного напряжения . Для трехфазного трансформатора зависимости строятся для среднего фазного тока 
и среднего фазного напряжения 
, по и определяется 
.
По данным опыта холостого хода при номинальном напряжении рассчитываются следующие параметры трансформатора.
1. Коэффициент трансформации, определяемый как отношение вторичного напряжения к первичному при холостом ходе:
.
2. Ток холостого хода в относительных единицах (долях номинального тока)
.
3. Сопротивление взаимной индукции, определяемое при 
:
;
его активная и реактивная составляющие:
и 
.
4. Потери холостого хода при 
практически не отличаются от магнитных потерь 
, поскольку электрические потери в первичной обмотке в этом режиме 
во много раз меньше магнитных потерь из-за малости тока 
.
Поскольку магнитный поток при номинальной нагрузке остается почти таким же, как при холостом ходе (в случае ), то магнитные потери при номинальной нагрузке 
приблизительно равны магнитным потерям при холостом ходе и полным потерям холостого хода 
при номинальном напряжении:
.
Опыт короткого замыкания необходимо проводить при пониженном напряжении. При этом не требуется источник мощностью не более 6…14 % от мощности исследуемого трансформатора.
Напряжение плавно поднимается от нуля до 
. При номинальной частоте 
измеряются те же величины, что и в опыте холостого хода: первичный ток 
, потребляемая трансформатором мощность 
. По данным измерений строятся зависимости фазного тока , мощности и 
от фазного напряжения . Графически определяются значения 
, и при номинальном первичном токе 
. Для трехфазного трансформатора зависимости строятся для среднего фазного тока , среднего фазного напряжения ; по средним значениям и определяется 
.
В режиме короткого замыкания сопротивление вторичной нагрузки 
; напряжение вторичной обмотки 
(в трехфазном трансформаторе имеется в виду симметричное короткое замыкание вторичных выводов, когда все они замкнуты между собой накоротко). Уравнения трансформаторов при коротком замыкании могут быть записаны следующим образом:
;
;
.
Схема опыта короткого замыкания показана на рисунке 1.8.
Рис. 1.8. Схема опыта короткого замыкания и соответствующая схема замещения трансформатора.
Сопротивление ветви намагничивания 
намного превышает сопротивления обмоток и 
, поэтому ток в ней можно не учитывать 
. Тогда токи 
и сопротивление короткого замыкания:
и его активная и реактивная состсавялющие:
и 
.
Сопротивления ветвей в приведенной форме обычно равны 
.
Схему замещения можно представить в упрощенном виде без ветви намагничивания и построить соовтетствующую векторную диаграмму (см. рисунок 1.8). Напряжение при коротком замыкании 
представляет собой гипотенузу прямоугольного треугольника, называемого треугольником короткого замыкания. Катетами этого треугольника являются активная 
и реактивная 
составляющие этого напряжения. Угол 
называется углом короткого замыкания.
Из схемы замещения видно, что при ЭДС 
. То есть ЭДС, а, следовательно, и магнитный поток в случае короткого замыкания 2 раза меньше, чем при холостом ходе или при нагрузке, не превышающей номинальной. Этот факт наглядно иллюстрирует, что магнитный поток в трансформаторе практически постоянный при нагрузке. Даже в крайнем случае – при коротком замыкании, – он не опускается меньше чем в 2 раза от потока при холостом ходе.
Если короткое замыкание на выводах вторичной обмотки происходит при номинальном первичном напряжении , то после переходного процесса устанавливаются опасные для трансформатора токи короткого замыкания в первичной и вторичной обмотках, превышающие номинальные в 7 – 16 раз. Поэтому режим короткого замыкания воспроизводится опытным путем при пониженном напряжении , выбранном таким образом, чтобы токи в обмотках не превышали номинальных токов.
По данным опыта короткого замыкания при поминальном токе рассчитываются следующие параметры трансформатора:
1. Сопротивление короткого замыкания:
,
его активная и реактивная составляющая
и 
.
Измеренное значение активной составляющей сопротивления короткого замыкания 
, измеренное при температуре 
, приводят к условной температуре 75 °С:
.
Реактивная составляющая сопротивления короткого замыкания не зависит от токов в обмотках, при котором оно определяется.
Полное сопротивление короткого замыкания:
.
Коэффициент мощности при этом:
.
2. Потери короткого замыкания при практически не отличаются от электрических потерь в первичной и вторичной обмотках при номинальных токах
поскольку эти потери во много раз превышают магнитные потери при коротком замыкании 
(из-за малого напряжения короткого замыкания ).
3. Напряжение короткого замыкания – это напряжение, которое нужно подвести к выводам одной из обмоток при замкнутой накоротко другой обмотке, чтобы в них установились номинальные токи при условии, что температура обмоток равна 75 °С. При питании со стороны первичной обмотки напряжение короткого замыкания в абсолютных единицах равно
.
Обычно напряжение короткого замыкания выражают в относительных единицах или в процентах:
или 
.
Активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания:
и 
.