Исследование силового двухобмоточного трансформатора методом холостого хода и короткого замыкания

Однофазный транс­форматор. Опыт холостого хода. В схеме вклю­чения однофазного трансформатора при опыте х. х. применен регуля­тор напряжения РНО (рис. 26, а), позволяющий плавно регулировать подводимое к первичной обмотке напряжение. В качестве первичной обычно используют обмотку низшего напряжения НН. Всего делают ре менее пяти замеров через приблизительно одинаковые интервалы тока х. х., изменяя подводимое к трансформатору напряжение от 0,5_1ном до l,15U_1ном.. Показания измерительных приборов заносят в табл. 1.1.

Рис.26 . Схемы включения однофазного трансформатора при опытах

х. х. (а) и к. з. (б)

Таблица 1.1

Затем выполняют расчеты: ток х. х. в процентах от номинального первичного тока,

i⁰= (I₀/ I_1ном)100; (1.1)

коэффициент мощности в режиме х. х.

cosφ₀ = Р₀/(U₁I₀) (1.2)

коэффициент трансформации

k = U_20/U₁ (1.3)

Полученные значения вычисленных величин занести в табл. 1.1. Величины, соответствующие номинальному первичному напряжению U_1ном, следует выделить, например, подчеркнув их жирной линией. По данным таблицы строят характеристики х. х. трансформатора (на общей координатной сетке): I₀; Р_о; cosφ₀ = f(U₁ ). На характеристи­ках отмечают точки I_0.ном; Р_о.ном и cosφ₀ 0.ном, соответствующие но­минальному напряжению U_1ном (рис. 1.2, а).

Опыт короткого замыкания. При опыте к. з. Трансформатора (рис. 26, б) напряжение обычно подводят к обмотке ВН, номинальное значение тока в которой меньше, чем в обмотке НН. В некоторых случаях это позволяет включать ваттметр в пер­ечную цепь без трансформатора тока.

Вторичную обмотку трансформатора замыкают накоротко медный проводом достаточного поперечного сечения, чтобы не создавать во вторичной цепи трансформатора значительного электрического сопротивления.

Опыт к. з. проводят в такой последовательности: устанавливают рукоятку РНО на нулевую отметку, а затем, включив рубильник, медленно повышают напряжение посредством РНО, изменяя величину тока к. з. от нулядозначения1,2I_1ном. Показания измерительных приборов, снятые через приблизительно одинаковые интервалы тока к. з., а также результаты вычислений занося в табл. 1.2. Значение величин, соответствующих значению тока к.з I _1к= I_1ном, подчеркивают жирной линией.

Таблица 1.2

Рис. 27. Характеристики х. х. (о) и к. з. (б) трансформатора

Затем выполняют расчеты: напряжение к. з. в процентах от номинального первичного напряжения

и_к=(U_к/ U_1нолм)100 (1.4)

коэффициент мощности при опыте к. з.

cosφ₀ =Р_к/(U_к I_к) (1.5)

По данным таблицы строят характеристики к. з. (на общей координатной сетке): I_к; Р_к; cosφ_к = f(U_K). На характеристиках отмечаю точки U_к.ном. Р_к.ном, соответствующие току к. з. I_1к = I_1ном (рис 27, б).

Полученные из опыта к. з. значения Р_к.Ном и и_к._ном следует привести к рабочей температуре ө₂ = 75°С.

Приведенное значение мощности к. з. (Вт)

Р_к.ном = Р_к.ном (1+ά(ө₂-ө₁)) (1.6)

где ά = 0,004 — температурный коэффициент для меди и алюминия

ө₁= температура обмоток трансформатора при проведении опыта, 0С

В связи с тем что температура обмоток трансформатора влияет лишь на активную составляющую напряжения к. з.

и_к.а. = и_к._ном cosφ_к (1.7)

то и приводить к рабочей температуре следует лишь активную составляющую напряжения к. з.

и_к.а. = и_к.а. (1+ ά(ө₂-ө₁)) (1.8)

Приведенное к рабочей температуре напряжение к. з.

где

и_к._ном = (1.9)

и_к._ном (1.10)

-реактивная составляющая к. з.

Внешние характеристики. С увеличением нагрузки трансформатора напряжение на клеммах его вторичной обмотки из­меняется. Зависимость этого

напряжения от нагрузки выражается графически внеш­ними характеристиками трансформатора U₂ = f(I₂).

Вид внешней характеристики зависит от характера нагруз­ки и от величины коэффици­ента мощности cosφ₂ при активной и активно-индук­тивной нагрузках внешние характеристики имеют падаю­щий вид, причем чем меньше коэффициент мощности cosφ₂ , тем больше наклон характеристики к оси абсцисс; при активно-емкостной нагрузке внешняя характеристика имеет восходящий вид (рис. 28, а).

Рис 28. Внешнее характеристики (а) и графики зависимости КПД трансформатора от нагрузки (б)

При любой нагрузке напряжение на клеммах вторичной обмотки трансформатора

U₂ = U₂₀(1-0,01ΔU) (1.11)

где U₂₀ — напряжение на вторичной обмотке в режиме х. х., прини­маемое за номинальное напряжение на выходе трансформатора, В; ΔU изменение вторичного напряжения, вызванное нагрузкой трансформатора.

Для построения внешней характеристики необходимо рассчитать не менее пяти значений напряжения U₂ при разных значениях коэффициента нагрузки β= I₂/ I_2ном- например при β = 0,25; 0,50; 0,75; 1,0 и 1,2.

Расчет ΔU ведут по формуле (%):

ΔU = βи_к((cos φ_к cos φ₂ + sin φ_к sin φ₂).

Расчеты ΔU выполняют три раза: при cos φ₂ = 1, cos φ₂ = 0,8 (нагрузка активно-индуктивная) и cosφ₂ = 0,8 (нагрузка активно-емкостная). В последнем случае получают отрицательные значения ΔU. Результаты вычислений заносят в табл. 1.3 и строят на общей координатной сетке три внешние характеристики. Проведя ординату при β = 1,0 (номинальная нагрузка), отмечают на характеристиках напряжения, соответствующие номинальной нагрузке трансформатора (рис 28 а)

Таблица 1.3

Зависимость КПД трансформатора от нагрузки. Для построения графика η= f(β) при cos φ₂ = 1 cos φ₂= 0,8 определяют КПД трансформатора для ряда значений коэффициента нагрузки β = 0,25; 0,50; 0,75; 1,0 и 1,2, воспользовавшись для этого выражением

Η=1 - (1.13)

где S_H0M — номинальная мощность трансформатора, В • А.

Результаты вычислений заносят в таблицу:

По этим данным строят графики η = f(β) при cos φ₂ = 1 и cos φ₂= 0,8 (рис. 28, б).

Максимальное значение КПД трансформатора соответствует такой нагрузке, при которой электрические потери трансформатора paвны магнитным потерям. Коэффициент нагрузки соответствующий максимальному значению КПД,

Β = (1.14)

На оси абсцисс отмечают значение β', и проведя в этой точке ординату, определяют максимальные значения КПД. Максимальное значение КПД можно получить по (1.13), если подставить в это выражение β':

Η_макс = 1- (1.15)

Трехфазный трансформатор. Опыт холостого хода. В схеме опыта х. х. (рис. 29, а) для плавного регулирования напряжения применен трехфазный регулятор напряжения РНТ. Подводимое к первичной обмотке напряжение (сторона HН) следует изменять от 0,5 U_1ном до 1,2 U_1ном и приблизительно через одинаковые интервалы тока х. х. снять показания измерительных приборов и занести их в табл. 1.4. При этом измеряют фазные значения напряжений, прикладывая концы соединительных проводов вольт­метра к началу и концу каждой фазной обмотки трансформатора рели ток х. х. превышает 5 А, то последовательную катушку ваттмет­ра необходимо включить через трансформатор тока (рис. 30).

Таблица 1.4

Коэффициент трансформации трехфазного трансформатора опре­деляют как отношение числа витков обмотки ВН к числу витков об­мотки НН, равное отношению напряжений (1.3): k = U₂₀/U_1ном.

Если величины коэффициентов трансформации при разных напряже­ниях U₁ неодинаковы, то за коэффициент трансформации следует принять среднее значение:

k= (k₁ + k_{2 +} …) / п (1.21)

где п — число измерений при опыте х. х.

При расчете коэффици­ента трансформации ли­нейных напряжений k_л необходимо учесть схему со­единения обмоток трансформатора. Например, для схемы YΔ (рис. 29, а):

k_л= =

Рис. 29.Схемы включения трехфазного трансформатора при опытах х.х. (а) и к.з. (б)

Результаты вычислений заносят в табл. 1.4 и строят характеристики холостого хода трансформатора (на общей координатной сетке): i₀; Р_о; cos φ₀ = f (U₁).

На этих характеристиках отмечают точки i_0ном, Р_оном и cos φ_0noMj соответствующие номинальному напряжению U_1ном.

Опыт короткого замыкания. При опыте к. з. (рис. 29, б) в качестве первичной используют обмотку ВН, а обмотку НН замыкаю медными проводами небольшой длины достаточного поперечного сечения, чтобы не создавать во вторичной цепи трансформатора заметного сопротивления.

Перед включением рубильника не обходимо поставить регулятор РНТ на нулевое напряжение. Затем, включить рубильник, медленно повышать напряжение на выходе РНТ и довести ток к. з. I_1к до значения I_1к = 1,2 I_1ном Показания измерительных приборов снятые приблизительно через одинаковые интервалы тока к. з., а также результаты вычислений заносят в табл. 1.5 где выделяют значения величин, соответствующих току к. з I_1к = I_ном. Если ток к. з. превышает 5А, т последовательную катушку ваттметра следует включить через транс форматор тока (рис. 30).

Таблица 1.5

Рис. 1.5. Включение двухэле­ментного ваттметра через трансформаторы тока

Теперь выполняют расчеты:

U_к =(U_Ак +U_Вк + U_Ск)/3 (1.22)

I_1к = (I_Ак + I_Вк +I_Ск) /3 (1.23.)

cos φ_к =Р_к/(3I_к U_к) (1.25)

По данным таблицы строят характеристики к. з. трансформатора (на общей координатной сетке): и_к; Р_к; cos φ_к = f(I_1к). На этих характеристиках отмечают точки и_к,ном и Р_к.Ном, соответствующие току к. з. I_1к = I_1ном .

Значение Р_к.ном и и_к.ном необходимо привести к рабочей температуре ө₂ = 75°С 1см. (1.6)—(1.10)].

Затем строят внешние характеристики и графики зависимости КПД от нагрузки.

Анализ результатов практической работы. 1. При анализе характеристик х. х. трансформатора следует обратить внимание на их криволинейность, обусловленную магнитным насыщением магнитопровода, наступающим при некотором значении первичного напряжения U₁. Ток х. х. и мощность х. х. Р_оном полученные опытным путем, сравнивают с их значениями по каталогу на исследуемый трансфор­матор. Значительное превышение опытных значений i_оном и Р_оном над католожными указывает на наличие дефектов в трансформаторе: к. з. между частью пластин в магнитопроводе или межвитковое к. з. в небольшой части витков какой-либо из обмоток.

Если исследованию подвергался трехфазный силовой трансфор­матор, то необходимо объяснить причину неравенства токов х. х. в его фазных обмотках.

2. При анализе характеристик к. з. следует обратить внимание на прямолинейность графика тока к. з., обусловленную ненасыщен­ным состоянием магнитопровода при опыте к. з. из-за малой величины основного магнитного потока, величина которого пропорциональна величине подведенного к обмотке напряжения к. з. (в трансформато­рах средней и большой мощности и_к < 10%).

3. При анализе внешних характеристик трансформатора необ­ходимо сделать вывод о влиянии характера нагрузки на величину изменения вторичного напряжения трансформатора.

4. При анализе зависимости КПД трансформатора от нагрузки следует объяснить форму этих графиков. Опытное значение КПД сравнивают с его значением по каталогу. Необходимо объяснить причину уменьшения КПД трансформатора при уменьшении коэффи­циента мощности нагрузки.