4.2. Опыт короткого замыкания

     Опыт короткого замыкания проводится по схеме, приведенной на рис.1.7, при замкнутой накоротко вторичной обмотке. U_1к=(5…10)%.

     К трансформатору подводят пониженное напряжение U_1к=(5…10)% от номинального напряжения U_1фном, чтобы ток короткого замыкания I_1к был равен или несколько превышал (не более, чем на 20%) номинальный ток первичной обмотки. Затем, постепенно снижая автотрансформатором TV первичное напряжение, записывают показания приборов для 4…6 значений U_1к. При этом одному из значений U_1к должно соответствовать значение тока I_1к=I_1ном. По результатам опытов, которые заносят в табл.1.2, строят характеристики короткого замыкания трансформатора I_к , P_к , cosj_к = f(U_1к).

Таблица 1.2

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
U1к	I1к	PAк	PCк	Pк	cosjк	Zк	Rк	Xк	Zк75	Rк75	uк	uк75	ua75	up
B	A	дел Вт	дел Вт	Вт	-	Ом	Ом	Ом	Ом	Ом	%	%	%	%

П р и м е ч а н и е. столбцы 1-4 - измерение, столбцы 5, 6 - расчёт, столбцы 7-15 - расчет при I_1к=I_1ном

     В табл.1.2 U_1к, I_1к - фазные напряжение и ток, P_к=C_цk_t(P_Aк+P_Cк) - мощность потребляемая трансформатором из сети при коротком замыкании, C_w - цена деления ваттметра; k_t - коэффициент трансформации трансформатора тока; cosj_к=P_к/3U_1кI_1к - коэффициент мощности.

     Рассчитываются параметры схемы замещения трансформатора:

     Z_к = Z₁ + Z₂’= U_1к/I_1ном,

     R_к = R₁ + R₂’= P_к/3(I_1ном)², X_к = X₁ + X₂’= (Z_к²– R_к²)^1/2,

     а также напряжение короткого замыкания трансформатора по формуле:

     u_к% = 100 U_1к / U_1фном = 100 I_1ном Z_к / U_1фном.

     Для Т-образной схемы замещения исследуемого трансформатора можно принять R₁ ~ R₂’= P_к/2, X₁ ~ X₂’= X_к/2.

     Активное сопротивление R_к следует привести к расчетной рабочей температуре трансформатора, равной 75°C для трансформаторов с изоляцией классов А, Е, В. C этой целью можно воспользоваться приближенной формулой R_к75 ~ 1,2R_к. Тогда, с учетом приведения, полное сопротивление двух обмоток R_к75=((R_к75)²+X_к²)^1/2, а напряжение короткого замыкания u_к75%=100I_1номZ_к75/U_1фном. Активная и реактивная составляющие напряжения КЗ будут соответственно равны:

     u_a75%=100I_1номR_к75/U_1фном , u_p%=100I_1номX_к / U_1фном.

     По значению напряжения короткого замыкания uк% и его составляющих u_a% и u_p% можно судить о возможности параллельной работы трансформаторов, об изменении вторичного напряжения при изменении нагрузки, о величине установившегося тока трехфазного КЗ на зажимах вторичной обмотки в условиях эксплуатации.

     4.3. Опыт под нагрузкой. Внешняя характеристика трансформатора

     Схема опыта приведена на рис.1.8, ко вторичной обмотке подсоединена активная нагрузка. Порядок проведения опыта следующий. Трансформатор без нагрузки через автотрансформатор TV подключают к питающей сети с напряжением U₁ и устанавливают значение напряжения U_1x таким, чтобы U_2x= U_2фном. Затем трансформатор загружают равномерно, по всем фазам, постепенно меняя ток I₂ в пределах от (0…1,2)I_2ном и поддерживая при этом постоянным напряжение U_1x. В качестве нагрузки используется реостат RR_нг. Результаты опытов (5…6 точек) заносятся в табл.1.3.

Таблица 1.3

U1ф	U2ф	I1ф	I2ф	b
B	B	A	A	-

     В табл.1.3 b = I₂/I_2ном - коэффициент загрузки трансформатора.

     По опытным данным строится внешняя характеристика трансформатора U_2ф = f (b) {или U_2ф = f(I_2ф)} при U₁ =const, cosj₂ = 1,0.

     4.4. Расчет и построение внешних характеристик

     Внешние характеристики можно получить аналитическим, то есть расчетным путем. При любой нагрузке вторичное напряжение определяется как:

     U_2ф = U_2фном (1,0–0,01 DU_%),
где U_2фном - номинальное фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора; DU_% - изменение вторичного напряжения при нагрузке, равное

     DU_% = 100 (U_2фном – U_2ф)/U_2фном.

     При номинальной нагрузке величина DU% составляет 2…5%. С достаточной точностью изменение напряжения можно определить по выражению:

     DU_%=b(u_a75% cosj₂ + u_p% sinj₂) .

     Следует задаться значениями коэффициента загрузки трансформатора b = 0; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25 и при заданных значениях cosj₂ и sinj₂ (см. пункт 2.8) рассчитать DU_% и U_2ф. Pезультаты расчетов сводят в табл.1.4.

Таблица 1.4

b	нагрузка активная, cosj2=1,0	нагрузка активно-индуктивная, cosj2=0,8;sinj2=+0,6	нагрузка активно-емкостная, cosj2=0,8;sinj2=-0,6
-	DU% % U2ф B	DU% % U2ф B	DU% % U2ф B

     Используя полученные данные строят расчетные внешние характеристики U_2ф = f(b) в одних координатах с опытной внешней характеристикой и сравнивают их между собой (для cosj₂ = 1,0).

     4.5. Расчет и построение зависимости КПД от коэффициента загрузки

     ГОСТ рекомендует определять КПД косвенным методом, используя значения потерь мощности в трансформаторе, получаемых из опытов ХХ и КЗ. Расчетное выражение для определения КПД приведено ниже

     h =1,0 – (P_xном+ b² P_кном75)/(b S_ном cosj₂+ P_xном+ b² P_кном75),
где P_xном – магнитные потери мощности в магнитопроводе, равные мощности ХХ при U_1x = U_1фном; P_кном75 – электрические потери в обмотках, равные мощности потерь КЗ при I_1к= I_1ном и температуре 75°C, т.е. P_кном75= 3(I_1ном)2R_к75; S_ном - номинальная мощность трансформатора.

     Используя данные опытов ХХ и КЗ и задавшись рядом значений коэфициента нагрузки b, необходимо рассчитать КПД при заданном значении коэффициента мощности и построить зависимости h = f (b). Результаты расчетов сводятся в табл.1.5.

Таблица 1.5

h	b	0	0,05	0,1	0,25	0,5	0,75	1,0	1,25
	cosj2 = 1,0
	cosj2 = 0,8

     Коэффициент полезного действия максимален при равенстве электрических потерь в обмотках и магнитных потерь в стали.

     Наиболее вероятная нагрузка, при которой h = hmax имеет место при значении b = 0,5…0,7.

     Значение коэффициента нагрузки b, которое соответствует максимальному значению КПД h_max может быть определено по формуле: b_опт = (P_xном/P_кном75)^1/2

     Тогда максимальное значение КПД определится как h_max = 1,0 – (P_xном)/(0,5 h_опт Sном cosj₂+ P_xном). Значения КПД hmax, рассчитанные для cosj₂ = 1,0 и cosj₂ = 0,8, необходимо сопоставить с данными, полученными на основе зависимостей h = f (b).

     5. Содержание отчета

     Отчет должен содержать программу лабораторной работы, паспортные данные используемого трансформатора, схемы испытаний и Т-образную схему замещения трансформатора, результаты опытных и расчетных данных испытаний, сведенных в соответствующие таблицы и представленных графически (Форма отчета по Лабораторной работе (образец оформления) приведена в Прил.3, см. с.141,сл.).

     6. Контрольные вопросы

     1. Объяснить назначение, устройство и принцип действия трансформатора.

     2. Что такое коэффициент трансформации?

     3. Почему токи ХХ в обмотке трехфазного трансформатора не одинаковы по фазам?

     4. Чем обусловлена необходимость проведения опытов ХХ и КЗ при испытаниях силовых трансформаторов?

     5. В чем смысл определения параметров и построения схемы замещения трансформатора?

     6. Дать понятие напряжения КЗ трансформатора и пояснить его важность для целей практики.

     7. Почему мощность потребляемую из сети в режиме ХХ принимают за магнитные потери, а в режиме КЗ – за электрические потери?

     8. Какие потери для трансформатора считаются постоянными, а какие – переменными?

     9. Что называется изменением вторичного напряжения трансформатора, отчего оно зависит и в каких единицах выражается?

     10. Чем объяснить, что у трехфазного трехстержневого трансформатора магнитная система несимметрична? Отражается ли это обстоятельство на рабочем режиме трансформатора?