В процессе производства и эксплуатации трансформаторы неоднократно подвергаются электрическим испытаниям. Категории и методики проведения испытаний оговорены в ГОСТе 16504-74, ОСТе 160.800.230-75, ГОСТах 3484-77, 20243-74, 8008-75 и др. Неотъемлемой частью как приемо-сдаточных, так и квалификационных испытаний, являются опыты холостого хода (ХХ) и короткого замыкания (КЗ), позволяющие определить все основные параметры трансформатора.
Холостым ходом называется режим работы трансформатора, при котором первичная обмотка трансформатора включена на номинальное напряжение при разомкнутой вторичной обмотке (I2= 0), рис.2.2.1. При этом по первичной обмотке протекает ток, который называется током холостого хода.
Рис.2.2.1. Опыт холостого хода
Режимом короткого замыкания называют режим работы при замкнутых накоротко зажимах вторичной обмотки трансформатора, рис.2.2.2. Режим КЗ, возникающий случайно в процессе эксплуатации при номинальном первичном напряжении, является аварийным процессом, сопровождающимся большими токами в обмотках.
Многократное повышение токов по сравнению с номинальными токами (в 10 -20 раз) может привести к повреждению изоляции обмоток
вследствие нагрева и к разрушению обмоток механическими силами, возникающими между обмотками.
Рис.2.2.2. Опыт короткого замыкания
Напряжением короткого замыкания двухобмоточного трансформатора называется напряжение, которое следует подвести к выводам первичной обмотки при замкнутой накоротко вторичной, чтобы в них установились номинальные токи.
Опыты холостого хода и короткого замыкания позволяют определить параметры Т-образной схемы замещения трансформатора (рис.2.2.3), построить внешнюю характеристику и зависимость КПД от тока нагрузки.
Реальный трансформатор можно представить в виде некоторой электрической схемы замещения, по которой определяются величины: токи в первичной и вторичной обмотках I1, I2, Р1, электрические и магнитные потери ΔРэл , ΔРм . При этом электромагнитные процессы, протекающие в трансформаторе, эквивалентны процессам, протекающим в схеме замещения.
Рис.2.2.3. Т- образная схема замещения трансформатора
Первичная обмотка электрически соединена со вторичной обмоткой.
Соответственно, токи, протекающие в ветвях схемы замещения можно объединить следующим выражением
,
где 
- ток первичной обмотки трансформатора;
- ток холостого хода, протекающий в ветви намагничивания;
- приведенное значение тока вторичной обмотки 
.
В реальном трансформаторе связь между обмотками магнитная, поэтому параметры вторичной обмотки приводятся к параметрам первичной обмотки. Для этого используются следующие выражения
где: r 1 , r / 2 – активные сопротивления, характеризующие электрические потери в первичной и вторичной обмотках трансформатора;
x 1 , x / 2 – индуктивные потери в обмотках трансформатора (от потоков
рассеяния);
z / н – нагрузка во вторичной цепи;
rm , xm – ветвь намагничивания;
rm – активные потери на вихревые токи и перемагничивание материала (нагрев магнитопровода);
xm – магнитные потери на создание основного потока.
Опыт холостого хода позволяет экспериментальным путем определить следующие параметры трансформатора (Тр): коэффициент трансформации, величину намагничивающего тока, сопротивления намагничивающего контура, потери в стали сердечника трансформатора, часть параметров схемы замещения трансформатора.
Проводится по схеме рис. 2.2.1, при разомкнутой вторичной обмотке: i 2 = 0, и номинальном напряжении на первичной обмотке U 1о = U ном. По приборам, определяются значения
- тока первичной обмотки, тока ХХ, I10 = Ι0;
- напряжения на первичной обмотке, U10;
- напряжения на вторичной обмотке, U20;
- активные потери в режиме ХХ, эквивалентные нагреву магнитопровода, P0.
По известной методике, производится обработка результатов эксперимента:
При ХХ схема замещения Тр (рис.2.2.3) преобразуется в следующий вид
Рис.2.2.4. Схема замещения при ХХ
Ток холостого хода во много раз меньше номинального тока, поэтому электрическими потерями в первичной обмотке можно пренебречь, и поток рассеяния во много раз меньше основного магнитного потока, поэтому r1 и x1 пренебрегаем.
Таким образом, из опыта ХХ определяем параметры ветви намагничивания - параметры rm и xm .
Опыт короткого замыкания позволяет экспериментальным путем определить следующие параметры Тр: напряжение короткого замыкания, величины активных сопротивлений обмоток трансформатора, индуктивных сопротивлений рассеяния и электрические потери в обмотках, часть параметров схемы замещения трансформатора.
Проводится по схеме рис. 2.2.2, при замкнутой накоротко вторичной обмотке: U 2 = 0, и пониженном напряжении на первичной обмотке U 1 = U к, соответствующему номинальному значению тока в первичной обмотке I к = Ι 1ном. По приборам, определяются значения
- тока первичной обмотки, тока хх, I1= Ι к ;
- напряжения на первичной обмотке, U к ;
- активные потери в режиме КЗ, эквивалентные нагреву обмоток Тр, P к .
Обработка результатов эксперимента проводится по следующим выражениям
При КЗ схема замещения Тр (рис.2.2.3) преобразуется в следующий вид
Рис.2.2.5. Схема замещения при КЗ
При КЗ, напряжение составляет U к = 5…15% от номинального значения. Соответственно, магнитный поток Тр, пропорциональный квадрату напряжения, будет так же много меньше номинального значения. При этом, магнитными потерями можно пренебречь, и убрать ветвь намагничивания из схемы замещения Тр.
Внешняя характеристика Тр определяет изменение вторичного напряжения при переменных нагрузках, зависимость U 2 = f (I 2) или U 2 = f (β). Условия снятия характеристик – постоянство U 1ном, f 1, cos(φ2). Характеристики можно получить либо экспериментально, путем непосредственной загрузки Тр, либо расчетным путем, с использованием параметров схемы замещения. Исследовать реальный Тр опытным путем достаточно сложно, т.к. требуются реализовать практически соответствующие мощности регулируемой нагрузки, что в ряде случаев является трудновыполнимой задачей. Поэтому основным способом определения падения напряжения в Тр при изменении величины и характера нагрузки является расчетный способ.
Вторичное напряжение Тр при изменении нагрузки
где U20 – напряжение на вторичной обмотке при номинальном напряжении на первичной обмотке в режиме холостого хода;
- процентное изменение напряжение трансформатора при нагрузке,
где 
- коэффициент загрузки;
uka , ukp – активное и реактивное составляющие напряжения КЗ, рассчитываются по параметрам схемы замещения Тр .
Семейство внешних характеристик при различных характерах нагрузки представлены на рис.2.2.6.
Зависимость коэффициента полезного действия от нагрузки в Тр определяет энергоэффективность работы, позволяет прогнозировать потери в Тр при изменении нагрузки, оптимизировать его работу в сетях электроснабжения. При этом следует учитывать, что у трансформаторов очень высокий КПД, близкий к единице, и определять его с помощью непосредственного изменение мощностей Р2 и Р1 достаточно точно не удается, т.к. погрешность измерений приборов соизмерима с разностью между измеряемыми величинами. ГОСТОМ рекомендуется определять кпд Тр косвенным методом, из опытов холостого хода и короткого замыкания.
Рис.2.2.6. Внешние характеристики
При расчете КПД используется следующие выражения
; 
.
Результатом расчетов является построение энергетических характеристик Тр - зависимости η = f (I 2) или η = f (β). Условия снятия характеристик – постоянство U 1ном, f 1, cos(φ2).
Семейство КПД от нагрузки при различных характерах нагрузки представлено на рис.2.2.7.
Рис.2.2.7. Зависимости КПД от нагрузки
Разработаны методики, позволяющие рассчитать параметры схемы замещения, используя паспортные данные трансформатора (табл. 2.1). Основная расшифровка номинальных данных приведена выше.
Для правильного использования каталожных данных Тр требуется определить относительные величины:
- относительное напряжение короткого замыкания при I ном в процентах от U но м ,
;
- относительное значение тока ХХ в процентах от номинального тока первичной обмотки при номинальном напряжении
;
Ниже приведен пример расчета характеристик трансформатора.
Пример расчета характеристик трансформатора
По номинальным данным
Дата: 2018-12-21, просмотров: 299.
