Приведенный трансформатор. Схемы замещения трансформатора.

Для исследования режимов работы трансформатора, для расчета сетей энергоснабжения с трансформаторами целесообразно магнитную связь между первичной и вторичной цепями заменить электрической. При этом расчетная схема всей сети может быть значительно упрощена обычными методами свертывания.

Если требуется электрически связать два контура перемычками "ac" и "bd", не изменяя модуля и начальной фазы токов I₁ и I₂, то это можно сделать лишь при условии равенства напряжений U_ab и U_cd.

Применительно к схеме замещения этому требованию соответствует равенство ЭДС Е₁ и Е₂, которое приводит к равенству чисел витков W₁ и W₂. Обычно изменяют ЭДС Е₂, причем ее новое значение связано с реальной ЭДС соотношением:

,

однако такое изменение ЭДС во вторичной цепи вызвало бы изменение тока в ней и, следовательно, активных и реактивных мощностей. Поскольку энергия во вторичную цепь поступает из первичной цепи, должен будет

измениться ток I₁ и т.д., и нарушится эквивалентность энергетических соотношений в трансформаторе и его схеме замещения. Поэтому необходимо изменить величины параметров вторичной цепи таким образом, чтобы ее полная, реактивная и активная мощности оставались неизменными. Иначе говоря, должны выполняться равенства:

или ;

или ;

или .

В частности, должны быть равны также мощности приемников энергии (нагрузки):

или

Подставляя в эти равенства требуемое соотношение между Е₂ и Е₂^|, получаем:

Полученные величины характеризуют новую вторичную цепь и называются приведенными. Они как бы "приведены" к числу витков первичной обмотки. Все в совокупности величины описывают трансформатор, который также называется приведенным, в нем первичная и вторичная цепи связаны электрически (т.е. непосредственно).

Составленное ранее уравнение

соответствует повороту вектора тока I₂ на 180⁰ . При этом необходимо одновременно изменить направление вектора напряжения на нагрузке U2, так как . Следовательно,

Полная система уравнений электрического состояния для преобразованной эквивалентной схемы имеет такой вид:

Эти уравнения описывают электрическое состояние двухконтурной цепи, которая носит название полной или Т-образной расчетной схемы замещения:

Ветвь с током I₁₀ представляет собой активное R и индуктивное X сопротивления цепи намагничивания.

Трансформаторы часто замещают упрощенными расчетными схемами:

В первой из них - Г-образной - ветвь с током I₁₀ перенесена на зажимы первичной обмотки. Такой перенос почти не изменяет токов в ветвях, так как падение напряжения I₁ Z₁незначительно и . Активные

сопротивления и сопротивления рассеяния обмоток объединяются:

, ,

В ряде случаев используется более упрощенная схема, в которой ветвью с током пренебрегают.

20. Опыт холостого хода трансформатора

Опыт холостого хода. Холостым ходом трансформатора называется такой режим его работы, при котором первичная обмотка включена на номинальное напряжение , а вторичная обмотка разомкнута (рис. 10.1).

Рис. 10.1. Схема опыта холостого хода

Режим холостого хода позволяет опытным путем установить следующие характерные для трансформатора величины: а) коэффициент трансформации; б) ток холостого хода; в) потери мощности в стали.

Коэффициент трансформации трансформатора

,

где и – число витков обмоток.

Мощность определяет затраты энергии в пределах трансформатора. Она приблизительно равна потерям в стали, поскольку потери в стали независимы от нагрузки трансформатора, так как при работе трансформатора магнитный поток почти не меняется. Поэтому при любой нагрузке.

При холостом ходе . Коэффициент мощности нагруженного трансформатора в основном зависит от коэффициента мощности нагрузки. При холостом ходе обычно не превышает 0,2…0,3.

2. Опыт короткого замыкания. Короткое замыкание трансформатора – испытательный режим, при котором вторичная обмотка замкнута накоротко, а в первичную включено такое пониженное напряжение, чтобы ток первичной обмотки был равен номинальному (рис. 10.2). Это напряжение, называемое напряжением короткого замыкания, является одной из постоянных, характеризующих трансформатор. Обычно оно составляет 5…10 % номинального напряжения.

Рис. 10.2. Схема опыта короткого замыкания

Потери в обмотках трансформатора определяются с помощью опыта короткого замыкания.

Мощность, затраченная при коротком замыкании, почти целиком расходуется на нагревание обмоток трансформатора. По мощности потерь при коротком замыкании можно рассчитать потери в обмотках при любой нагрузке трансформатора. Для этого потери при замыкании относят к току только первичной обмотки и некоторому условному сопротивлению , выражающему пропорциональность между током и мощностью:

; .

Тогда потери в обмотках, или потери в меди , при любой нагрузке находятся из значения тока первичной обмотки: .

Также потери в меди можно определить, используя коэффициент загрузки

; .

Коэффициент полезного действия трансформатора рассчитывается из соотношения мощностей, приложенных ко вторичной и первичной обмоткам:

,

где – потери мощности в трансформаторе.

3. Рабочий режим. Рабочий режим – это режим работы трансформатора под нагрузкой. В качестве нагрузки используется ламповый реостат (активная нагрузка). Постепенным увеличением числа включенных ламп доводят нагрузку до номинальной и снимают показания приборов в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

21. Опыт короткого замыкания трансформатора