Опыт холостого хода трансформатора

Производительность трансформатора возможно прогнозировать, зная эквивалентные параметры схемы. Эти величины устанавливаются в опытах холостого хода и короткого замыкания трансформатора, которые осуществляются без фактической нагрузки. Причем испытания дают более точный результат, в отличие от тестирования нагруженного аппарата.

Трансформаторы

В соответствии с полученными цифрами в дальнейшем легко определяется трансформаторная эффективность при любом мощностном показателе и любом нагрузочном токе.

Опыт холостого хода

С помощью тестирования возможно установить:

• коэффициент трансформации;
• каким образом ток, мощность, мощностной коэффициент cosφ холостого хода зависят от подаваемого напряжения;
• мощностные потери в стальном магнитопроводе.

Из самого названия опыта следует, что он осуществляется, когда выводы вторичной обмотки остаются открытыми, а входное питание подается со стороны высокого напряжения. Применяется и обратная схема с подведением питания со стороны НН и размыканием выводов первичной обмотки.

Опыт холостого хода трансформатора выполняется путем подключения выбранной обмотки к источнику питания на переменном токе через различные приборы: амперметр, вольтметр, ваттметр. С целью установления коэффициента трансформации с другой стороны также подсоединяется вольтметр. Во время испытания подаваемое напряжение можно изменять. Как правило, его регулирование происходит в диапазоне 0,6-1,1 от номинального.

Схема для теста х.х.

У ненагруженного аппарата первичный ток очень низкий – 3-5 % от Iн. Потери в проводах трансформаторной обмотки несущественны.

Измерения для вычисления коэффициента трансформации

1. После подачи питающего напряжения фиксируются синхронно показания с двух вольтметров. Затем коэффициент трансформации подсчитывается в соответствии с формулой:

К = U1/U2.

Для трехфазных аппаратов снимают показания фазных или линейных напряжений;

2. При соединении обмоток трехфазных аппаратов ∆/Y и Y/∆ измерение фазного коэффициента производят, подавая напряжение на одну фазу и по очереди закорачивая другие. На стороне треугольника одну фазу закорачивают, а на остающиеся подают питание. Вычисленный показатель фазного коэффициента нужно умножить на 2, если напряжение подается на Y, и поделить на 2, если на ∆.

Определение потерь

Графические характеристики холостого хода (х.х.) строятся, исходя из нескольких считываемых с приборов значений тока, напряжения и мощности в процессе регулировании напряжения. Количественные значения тока для аппаратов с низкими мощностными показателями не превышают 10% от номинальных величин, а для устройств большой мощности – 2%.

Формула для расчета коэффициента мощности без нагрузки:

cosφ = P/I x U.

Важно! В режиме х.х. cosφ составляет 0,2-0,3.

Мощностной показатель, замеряемый ваттметром, – это мощность потерь в стальном сердечнике.

Также можно определить:

• намагничивающую составляющую тока х.х.:

Im = I x sinφ

• активную часть тока х.х.:

Ia = I x cosφ

• реактивное сопротивление:

X = U/Im

• сопротивление, представляющее активные потери в магнитопроводе:

R = U/Ia.

Опыт короткого замыкания

Тестирование заключается в подсоединении обмотки ВН к питающему источнику через вольтметр, амперметр, ваттметр. Выводы обмотки НН закорачиваются. Второе наименование эксперимента – низковольтное тестирование. При короткозамкнутой вторичной обмотке и Uн значение потребляемого тока высоко, учитывая маленькое сопротивление обмотки. Это может вызвать значительный нагрев и повреждение аппарата.

Тест короткого замыкания

При Iн регистрируются данные вольтметра и ваттметра.

В данном эксперименте рассчитываются:

• активное, реактивное, общее сопротивление обмоточных проводов;
• потери в меди.

Мощностные потери, которые считываются с ваттметра, определяются по формуле:

P = I² x R.

На основании снятых показаний производятся расчеты:

• активное сопротивление обмоточных проводов – R = P/I²;
• общее сопротивление – Z = U/I;
• реактивное сопротивление – X = √ (Z² — R²)*
• мощностной коэффициент к. з. – cosφ = P/ U x I;
• U*кз = (Z x I/U) x 100%. Этот показатель в процентном выражении указан в техпаспорте аппарата.

Расчет КПД трансформатора

Трансформатор имеет два вида главных потерь: в стальном сердечнике и в меди. Они выделяются в виде тепла. Из-за потерянной энергии выходная мощность устройства не равна мощности потребления.

Эффективность трансформатора, или КПД, вычисляется по формуле:

η = выходная мощность в кВт/потребляемая мощность в кВт =

выходная мощность/(выходная мощность + потери в сердечнике + потери в меди),

или η = Pвых/(Рвых + Рхх + Ркз), где Рхх и Ркз определяются из опытов х.х. и к.з.

Напряжение к.з. – важный показатель в технических характеристиках трансформатора. По нему определяют, можно ли аппараты включать на параллельную работу, рассчитывают вторичное U при разной нагрузке.

Видео