Режим холостого хода трансформатора
В режиме холостого хода (рис. 7.11) трансформатор по существу превращается в катушку с магнитопроводом, к обмотке которой с числом витков w1 подключен источник синусоидального напряжения. Поэтому векторная диаграмма трансформатора при холостом ходе (рис. 7.12) подобна векторной диаграмме катушки с магнитопроводом, а отличается от последней лишь некоторыми обозначениями, и дополнительно построенным вектором ЭДС вторичной обмотки Е2x.
Опытом холостого хода называется испытание трансформатора при разомкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном первичном напряжении U1x = U1ном. На основании этого опыта по показаниям измерительных приборов определяют коэффициент трансформации и мощность потерь в магнитопроводе трансформатора. Опыт холостого хода является одним из двух обязательных контрольных опытов при заводском испытании готового трансформатора.
При номинальном первичном напряжении U1x = U1ном ток холостого хода I1x составляет 3-10% номинального первичного тока I1ном (тем меньше, чем больше номинальная полная мощность трансформатора), т. е. U1x ≈ E1x. Кроме того, при разомкнутой цепи вторичной обмотки всегда U2x = E2x. Поэтому, измерив вольтметром и первичное U1x , и вторичное U2x напряжения в режиме холостого хода, определяют коэффициент трансформации:
(7.28)
Этот коэффициент указывается на щитках трансформаторов в виде отношения номинальных напряжений трансформатора при холостом ходе, например "6000/230 В" (как отношение высшего напряжения к низшему).
Мощность потерь в трансформаторах при холостом ходе складывается из мощности потерь в магнитопроводе и мощности потерь в проводах первичной обмотки (r1I21x ).
При холостом ходе ток I1x ≤ I1ном и мощность потерь в проводах ничтожна по сравнению с мощностью потерь в магнитопроводе (исключение составляют лишь трансформаторы, номинальная полная мощность которых меньше 1000ВА). Поэтому опыт холостого хода служит также для определения мощности потерь в магнитопроводе трансформатора.
Мощность потерь в трансформаторе при холостом ходе мала. При номинальной полной мощности трансформаторов 5 - 50 кВ • А его мощность потерь в режиме холостого хода составляет лишь 1,4 - 0,9% номинальной, а при номинальной полной мощности 1 - 10 МВ • А - только 0,5 - 0,3%. Тем не менее, мощность потерь в магнитопроводе имеет важное практическое значение, так как силовые трансформаторы отключаются от первичной сети довольно редко.
Рис. 7.11
|
Рис. 7.13
Ток холостого хода I1x, как и ток катушки с магнитопроводом, состоит из реактивной I1р.х и активной I1а.х составляющих. Последняя определяется потерями в магнитопроводе на гистерезис и вихревые токи, а также добавочными потерями. (Добавочные потери - это потери из-за вибрации листов стали в местах их стыков и расположения шпилек вследствие неравномерного распределения индукции, потери в конструктивных деталях, зависящие от потока рассеяния, и т. д.) Все добавочные потери составляют 15-20% основных потерь в магнитопроводе.
Полезно иметь в виду, что в большинстве случаев активная составляющая I1а.х меньше 0,1 I1р.х и поэтому можно считать, что ток холостого хода отстает по фазе от первичного напряжения практически на четверть периода, т. е. φ1х ≈ π/2 (рис.7.13).
Опыт холостого хода при номинальном первичном напряжении
U1x = U1ном (7.29)
является основным при испытании трансформатора. Однако в ряде случаев, например, при ограниченных возможностях охлаждения, важно знать, как изменится режим холостого хода трансформатора при изменении первичного напряжения. Зависимости
P1x = ƒ(U1x) (7.30, а)
и
I1x = F(U1x) (7.30, б)
называются характеристиками холостого хода трансформатора (рис. 7.12). При постепенном, начиная с нуля, повышении первичного напряжения U1x сначала, пока магнитопровод не насыщен, ток I1x увеличивается пропорционально напряжению, затем начнет сказываться насыщение магнитопровода (например, при U1x > 0.8 U1ном) и ток холостого хода I1x быстро нарастает.
Мощность потерь в магнитопроводе пропорциональна В2, следовательно, и Ф2, а так как действующее значение ЭДС Е1x пропорционально
и
E1x ≈ U1x,
то Р1x пропорциональна U21x.
Для большинства трансформаторов допустимый верхний предел длительного повышения напряжения при холостом ходе U1x равен 1,1U1ном, что следует иметь в виду при экспериментах с трансформаторами.